Investigation of differences in the mean time between beam trips between normal-conducting and superconducting acceleration cavities

常伝導加速空洞と超伝導加速空洞における平均ビームトリップ間隔の違いについての検討

武井 早憲   

Takei, Hayanori

原子力機構(JAEA)はマイナーアクチニドを効率的に核変換するADSの研究開発を行っている。JAEAが提案するADSは、未臨界炉と大強度超伝導陽子線形加速器の組み合わせである。ADS用陽子加速器の開発課題の一つとしてビームトリップ事象の低減がある。すなわち、ビームトリップ事象により未臨界炉の機器が熱サイクル疲労で損傷するおそれがあるからである。この損傷を防ぐため、ADS用陽子加速器のビームトリップ頻度を許容ビームトリップ頻度以下まで低減させる必要がある。武井らはADS用陽子加速器の許容ビームトリップ頻度を算出するとともに、J-PARCリニアックの運転データを用いてADS用陽子加速器のビームトリップ頻度を推測した。推測では、J-PARCリニアックのイオン源、RFQ、常伝導加速空洞における5年分の運転データを用いた。その結果、ビームトリップ時間が10秒を超えるビームトリップ頻度は許容ビームトリップ頻度を満たさないことがわかった。ところで、大強度陽子リニアックの一つであるSNSの超伝導加速空洞におけるビームトリップ事象のデータが公表された。このデータは超伝導空洞を用いるADS用陽子加速器のビームトリップ頻度を推測するうえで重要となる。そこで、本研究では、J-PARCリニアックにおける常伝導加速空洞とSNSリニアックの超伝導加速空洞における平均ビームトリップ間隔を比較し、両者の相違などについて述べる。

The Japan Atomic Energy Agency is working on the research and development of an accelerator-driven nuclear transmutation system (ADS) for transmuting minor actinides. This system is a combination of a subcritical nuclear reactor and a high-power superconducting proton linear accelerator (JADS-linac). One of the challenges in developing the JADS-linac is to reduce the number of beam trips. Until now, the beam trip frequency of the JADS-linac has been estimated from the operation data of the J-PARC linac, which uses the normal-conducting acceleration (NC) cavities. Recently, data on beam trips in the superconducting acceleration (SRF) cavities of the Spallation Neutron Source of the Oak Ridge National Laboratory (SNS) have been published. These data are important for the estimation of the beam trip frequency of the JADS-linac. Rather, the SNS data are more appropriate than the J-PARC data, because the JADS-linac uses the SRF cavities. On the other hand, the calculation methods in the published data for the NC cavities of J-PARC and the SRF cavities of SNS are different, so it is not possible to simply compare the two. In this study, the mean time between beam trips (MTBT) of the J-PARC NC cavity and the SNS SRF cavity are compared using the same condition. Specifically, the MTBT of the acceleration cavities connected to a single klystron system was calculated and compared. As a result, the MTBT of the SNS SRF cavity was 5.0 and 8.8 times longer than that of the J-PARC NC cavity for and h, respectively, where is the beam trip duration.