J-PARC 3GeVシンクロトロンにおける非同期粒子に対する八極電磁石を用いた三次共鳴補正

Compensation of 3rd-order resonance for off-momentum particles using the octupole magnets in J-PARC RCS

小島 邦洸 ; 原田 寛之  ; Saha P. K.   

Kojima, Kunihiro; Harada, Hiroyuki; Saha, P. K.

本研究は、3GeVシンクロトロン(Rapid cycling synchrotron: RCS)のビーム大強度・高品質化に貢献するものである。RCSのような大強度の陽子シンクロトロンでは、割合としては僅かなビーム損失でも装置を放射化させ、ビーム出力を制限する。このビーム損失を引き起こす主な要因として、共鳴現象が挙げられる。加速器中の粒子は、加速器の設定パラメーターで決まる範囲内で、進行方向に対して垂直に振動している。その振動数と加速器の構造の周期が一定の関係を満たせば共鳴を引き起こし、粒子の振幅は増大し、ビームパイプに衝突して損失する。これを避けるために、別な磁場を重畳することで、共鳴を駆動する力を打ち消す操作(補正)が一般的に行われている。RCSでは、共鳴現象の一種である三次差共鳴が、6極電磁石を用いた磁場の重畳により補正されている。一方で、粒子の運動は磁場により制御されるため、運動エネルギーの異なる粒子は受ける力の大きさも異なる。そのため、共鳴補正のために重畳する最適な磁場の強度も、各粒子の運動エネルギーに依って異なる。現在の6極電磁石のみを用いた補正には、このエネルギーのずれが考慮されていない。したがって、三次差共鳴の補正が不完全であり、設計値からずれたエネルギーを持つ粒子が、三次差共鳴への抵触により損失している可能性が高い。そこで我々は6極電磁石に加えて8極電磁石を用いることで、各粒子の運動エネルギーのずれに依らず、十分な共鳴補正を実現できる新たな手法を考案した。本発表では、新手法の詳細に加えて、その効果を数値シミュレーションにより検証した結果について報告する。

In the J-PARC 3 GeV rapid cycling synchrotron (RCS), the 3rd-order resonance has been compensated by using the sextupole magnet. The resonance compensation has been confirmed well reduce the beam loss due to the 3rd-order resonance. On the other hand, the resonance compensation for the off-momentum particle is likely to be not perfect, since the focusing structure of the off-momentum particle is more or less different from that of the on-momentum particle. To achieve better resonance compensation for the off-momentum particle and further reduction in the resonance-induced beam loss, we constructed a new resonance compensation method using the octupole magnet. Our numerical simulation assuming the lattice structure of the RCS verifies that the new method effectively enlarges the physical aperture of the off-momentum particle.