Response function measurement for a non-destructive gas-sheet beam profile monitor

非破壊型ガスシートビームプロファイルモニタの応答関数測定

山田 逸平 ; 神谷 潤一郎   

Yamada, Ippei; Kamiya, Junichiro

大強度イオン加速器の安定化やさらなる大強度化にはビームの非破壊計測が必須である。そのため、ビームとシート状ガスの相互作用により生じる光子を利用してビームのプロファイルを計測する、ガスシートビームプロファイルモニタの高度化を進めている。このようなモニタでは、ガスシート分布や光子検出器の感度分布に代表されるモニタ全体の応答関数により変換を受けた信号が得られる。定量的にビームプロファイルを得るためには、この応答関数を実測し、適切な解析により変換を解く必要がある。そこで、測定したい大強度ビームと比べて十分細いビームを用いた応答関数測定手法を考案した。細いビームの重心位置をスキャンしながら得られる信号は近似的に応答関数に一致する。これにより得られた応答関数はガスシートの設計上の傾き角を反映しており、測定手法の妥当性が得られた。また、J-PARCリニアックの3MeV、60mAの水素負イオンビームを用いたプロファイル測定の実証試験も実施し、測定の標準偏差6.01%、および最小二乗誤差2.74%でプロファイルを得ることに成功した。さらに、得られたプロファイルを従来のプロファイルモニタであるワイヤスキャナモニタで得られたプロファイルと比較した結果、両者は良い一致を示し、考案した応答関数測定手法と解析手法の妥当性を実証した。

A gas-sheet beam profile monitor enabling non-destructive two-dimensional profile measurements of a high-intensity beam by capturing an image of a beam-induced fluorescence was developed. For quantitative profile measurements, the monitor's response function comprising, e.g., the gas sheet density distribution and the detector's sensitivity distributions must be experimentally clarified because the monitor output is a converted profile with the response function. A response function measurement method was devised based on the beam-profile-measurement method formula of the monitor. The response function was obtained by injecting a thin electron beam into the developed monitor and scanning its center position in transverse. The measured response function was evaluated by the J-PARC 3 MeV, 60 mA H beam profile measurement. The 2-D beam profile was successfully reconstructed with the measured response function within the 2.74% residual of the least-squares method and 6.01% experimental statistic deviation. The projected 1-D profiles agreed well with those measured using a wire-scanning-type profile monitor.