Decadal operation of the cesiated RF-driven ion source for negative hydrogen ions at J-PARC

J-PARCでの負水素イオン生成のためのセシウム添加型高周波駆動イオン源の10年間の運転

神藤 勝啓   ; 大越 清紀 ; 柴田 崇統*; 南茂 今朝雄*; 川井 勲*; 池上 清*; 高木 昭*; 浅野 博之*; 上野 彰  ; 小栗 英知  

Shinto, Katsuhiro; Okoshi, Kiyonori; Shibata, Takanori*; Nammo, Kesao*; Kawai, Isao*; Ikegami, Kiyoshi*; Takagi, Akira*; Asano, Hiroyuki*; Ueno, Akira; Oguri, Hidetomo

実験施設からのビーム強度増強の必要性に応える形で、J-PARCでは2014年秋にセシウムを導入した高周波(RF)駆動の負水素(H)イオン源の運転を開始した。RF駆動のイオン源は、ビームエネルギー50keV、最初は33mAで、2016年1月より47mAで、2018年10月以降は60mAのビーム電流でHビームを引き出してきた。最後のビーム電流値は、リニアックが所期設計時のビーム電流である50mAのHビームを、早い繰り返しの3GeVシンクロトロン(RCS)に入射する条件を満たしている。2021年/2022年の運転までは、1年間の運転期間に1から3回のイオン源の交換を行ってきた。その理由は、RF駆動型イオン源が利用運転を止めてしまうような深刻な問題を起こさずにビームを送ることができる運転寿命を明確に示すことが困難だったからである。しかしながら、2022年/2023年の運転以降は、期間を通して単一のRF駆動型負水素イオン源による連続運転でビームを供給できてきた。この10年間では、3回のRFアンテナコイルの破損といくつかの問題に出くわした。本発表では、RF駆動型Hイオン源の運転に関する統計データとともに、ビーム電流の増強化などの将来のJ-PARCアップグレードやJ-PARC製RFアンテナコイルの開発状況を報告する。

In the autumn of 2014, we initiated the operation of a cesiated radio frequency (RF)-driven negative hydrogen (H) ion source at J-PARC in response to the necessity for increased beam intensities in the experimental facilities. The RF-driven ion source has extracted H beams with a beam energy of 50 keV and a beam current of 33 mA at the outset, 47 mA since January 2016, and 60 mA since October 2018. The last value fulfills the requirement that the linac injects the H beams with a beam current of 50 mA as specified in the initial design value into the 3-GeV rapid-cycling synchrotron (RCS). Prior to the 2021/2022 campaign, the ion source had been exchanged on one to three occasions during a campaign. Because it was challenging to ascertain the operational longevity that the RF-driven ion source could deliver beams without any significant issues necessitating the suspension of operations. However, from the 2022/2023 campaign onwards, a single RF-driven H ion source has functioned to deliver the H beams, with the continuous operation time exceeding 4,400 hours. Over the course of this decade, three instances of antenna failure and several other issues have been encountered. This presentation provides the statistical data pertaining to the RF-driven H ion source in terms of user operations, along with an overview of the R&D status in relation to the future J-PARC upgrades.