Development of the beam separation test device to evaluate the electric field of non-destructive electrostatic septum

非破壊型静電セプタムの電場評価のためのビーム分離試験装置の開発

永山 晶大; 金正 倫計  ; 原田 寛之  ; 山田 逸平 ; 地村 幹   ; 小島 邦洸 ; 山本 風海   ; 下川 哲司*; 佐藤 篤*

Nagayama, Shota; Kinsho, Michikazu; Harada, Hiroyuki; Yamada, Ippei; Chimura, Motoki; Kojima, Kunihiro; Yamamoto, Kazami; Shimogawa, Tetsushi*; Sato, Atsushi*

シンクロトロンからのビームの遅い取り出し手法は、原子核・素粒子物理学実験や放射線治療等の様々な分野にて活用されている。遅い取り出しの過程において、周回側から取り出しビームを分離する役割を持つセプタム電極でのビーム損失は、装置の放射化と損傷を誘発する。この問題を解決するため我々が開発を進めている非破壊型静電セプタムに対し、この装置の二次元電場分布を評価するための"ビーム分離試験装置"と名付けた電場測定装置を考案した。この装置は、非破壊型静電セプタム試作機、水平・垂直ワイヤスキャナ、駆動装置に固定された可動ステージに設置された電子銃から構成される。本装置は、電場中に電子ビームを入射し、ビーム軌道の曲げ角度を測定することで電場分布の計測を可能とする。本装置の開発にあたって、電場分布の測定精度の向上のために、電子ビームをより細く形成するための追加の光学系を設計した。加えて、粒子が物質に衝突する際のエネルギー損失を利用し、二次電子放出を低減するビームダンプを設計した。二次電子放出量の計算では、このビームダンプにより、チャンバー内への二次電子放出量を最大98%減少させることを確認した。

Slow extraction method of synchrotrons is used in nuclear and particle physics experiments, radiation therapy, and many other applications. In the slow extraction process, beam loss at the septum electrode, which separates the extracted beam from the circumferential side, induces activation and damage to the device. To solve this problem, we have devised an electric field measurement device named "Beam separation test device" to evaluate the two-dimensional electric field distribution of the nondestructive electrostatic septum that we are developing. The device consists of a prototype septum, horizontal and vertical wire scanners, and an electron gun installed on a movable stage fixed to a drive unit. This device measures the electric field by injecting an electron beam into the electric field and measuring the bending angle of the beam orbit. In developing this device, an additional optics system was designed to make a narrow electron beam to improve the measurement accuracy of the electric field distribution. In addition, we designed a beam dump that reduces secondary electron emission by utilizing energy loss when particles collide with materials. According to calculations of secondary electron emission, this beam dump can reduce secondary-emission into the chamber by up to 98%.