Design and beam dynamics studies of a chopper for the JAEA-ADS LEBT
JAEA-ADS LEBT用チョッパーの設計とビームダイナミクス研究
Yee-Rendon, B.; 近藤 恭弘
; 田村 潤
; 前川 藤夫
; 明午 伸一郎

Yee-Rendon, B.; Kondo, Yasuhiro; Tamura, Jun; Maekawa, Fujio; Meigo, Shinichiro
高レベル放射性廃棄物の有害度低減化を目的とし、日本原子力研究開発機構(JAEA)は、加速器駆動未臨界システム(ADS)の主要コンポーネントとして、30MW CW陽子線形加速器(リニアック)を設計を進めている。大強度加速器におけるビーム損失の主な原因である空間電荷効果の最小化のため、JAEA-ADSの低エネルギービーム輸送(LEBT)は陽子ビームおよび負水素ビームによる電荷中和を積極的に用いる。機器保護などのためADSでは徐々にビーム出力を上昇させる必要があるため、LEBTに設置したビームチョッパーによりデューティを徐々に上昇させることを検討している。チョッパーは電荷中和に影響を与え、ビーム過渡現象によりビーム損失を発生させる可能性がある。チョッパーのビーム光学モデルを作成し、チョッパーの電圧や寸法などの必要な特性を解析した。さらにチョッパーが空間電荷補償に与える影響を解析し、LEBTにおけるビーム過渡現象を評価した。本研究では、JAEA-ADS LEBTにおけるチョッパーの設計とビーム性能への影響について報告する。
The Japan Atomic Energy Agency (JAEA) designs a 30-MW CW proton linear accelerator (linac) as a key component for the accelerator-driven subcritical system (ADS) project, aimed at nuclear waste management. The low energy beam transport (LEBT) in JAEA-ADS uses charge neutralization to minimize space-charge effects, which are the primary cause of beam loss in high-power accelerators. During commissioning and power ramp-up, precise control of the duty cycle is required for safety and machine protection; thus, a chopper system will be installed to manage the beam power. The chopper is located at the LEBT, to facilitate the disposal of the excess beam power, but its operation will affect the charge neutralization producing beam transients that could lead to beam loss. To shed light on this, we created a beam optics model for the chopper using an analytic approach to determine the required characteristics like voltage and dimensions, which was confirmed through TraceWin simulations. Subsequently, we analyzed the chopper's impact on space-charge compensation to evaluate the beam transients in the LEBT. This study reports the design of the chopper and its effects on beam performance for the JAEA-ADS LEBT.