Development of the diagnostic and transport beamline for the muon linac low-velocity section

ミューオンリニアック低速セクションのための診断と輸送ビームラインの開発

中沢 雄河*; Cicek, E.*; 石田 勝彦*; 二ツ川 健太*; 下村 浩一郎*; 大谷 将士*; 木村 眞人*; 上岡 修星*; 山崎 高幸*; 三部 勉*; 近藤 彩夏*; 鈴木 一仁*; 鷲見 一路*; 森下 卓俊  ; 近藤 恭弘   

Nakazawa, Yuga*; Cicek, E.*; Ishida, Katsuhiko*; Futatsukawa, Kenta*; Shimomura, Koichiro*; Otani, Masashi*; Kimura, Masato*; Kamioka, Shusei*; Yamazaki, Takayuki*; Mibe, Tsutomu*; Kondo, Ayaka*; Suzuki, Kazuhito*; Sumi, Kazumichi*; Morishita, Takatoshi; Kondo, Yasuhiro

大強度陽子加速器施設(J-PARC)では、ミューオンの異常磁気モーメントと電気双極子モーメントを精密に測定する新しいアプローチとして、線形加速器(リニアック)を用いた低エミッタンスミューオンビームを提案している。低エミッタンスのミューオンビームは、構造物を透視する非破壊イメージング技術のための新しいプローブとしても採用できる。ミューオンリニアックの低速部では、高周波四重極リニアック(RFQ)と交差櫛形Hモードドリフトチューブリニアック(IH-DTL)を用いて、324MHzの加速周波数でそれぞれ=v/c=0.08と0.28までミューオンを加速する。建設コストを削減するため、IH-DTLはRF電場から得られる横方向の集束力を利用する交番位相集束(APF)法を採用する。APF方式は、横方向と縦方向のアクセプタンスを同時に制限するため、ビームのミスマッチに由来するエミッタンスの増大を抑制するためには、慎重なビーム診断とコミッショニングが不可欠である。粒子シミュレーションの結果、適切なビームマッチングを行うことにより、ビームの質を示す指標である規格化rmsエミッタンス0.3-mm-mrad、最下流の検出器までの透過率97%が得られることが分かった。本論文では、この粒子シミュレーションの結果と、低速部の診断ビームラインおよび輸送ビームラインの開発状況について述べる。

At the Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC), low-emittance muon beams with a linear accelerator (linac) are proposed as a new approach to precisely measure the anomalous magnetic moment and electric dipole moment of the muon. Low-emittance muon beams can also be employed as new probes for non-destructive imaging techniques to see through structures. In the low-velocity section of the muon linac, a radio-frequency quadrupole linac (RFQ) and an interdigital H-mode drift tube linac (IH-DTL) are used to accelerate muons to = v/c = 0.08 and 0.28, respectively, at an operating frequency of 324 MHz. To reduce construction costs, the IH-DTL employs the alternating phase focusing (APF) method, which uses the transverse focusing force derived from the RF electric field. Because the APF method limits the transverse and longitudinal acceptances simultaneously, careful beam diagnostics and commissioning are essential to suppress the emittance growth derived from beam mismatches. As a result of the beam simulation, by conducting appropriate beam matching, the normalized rms emittance of 0.3 -mm-mrad and the transmission to the downstream detector of 97% was obtained. In this paper, the results of the tracking simulation and the development status of the diagnostic and transport beamlines in the low-velocity section are described.