J-PARC RCSにおけるビームロスの局所化に向けた研究

Study of the beam loss localization in the J-PARC RCS

小島 邦洸 ; 原田 寛之  ; Saha, P. K.   

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

3GeVシンクロトロン(Rapid cycling synchrotron: RCS)では、僅かな割合のビーム損失でも深刻な装置の放射化をもたらし、ビーム出力を制限する。そのため、ビーム損失に伴う放射化の影響を最小化することがビーム大強度化と高安定化において重要となる。RCSでは、ビーム損失を局所化し他機器への影響を低減する目的でビームコリメータが設置されている。一方で、コリメータ直下流のアーク部をはじめ、RCSの各所で有意なビーム損失が確認されており局所化は十分ではない。本研究では、ビーム損失局所化の改善を目的とし、コリメータ外部におけるビーム損失の発生原因を調査した。このようなビーム損失は、粒子がコリメータで上手く回収されず中途半端にエネルギーを失ったことで発生すると考えられる。想定より小さなエネルギーを持つ粒子は、磁場に対する曲率の違いで主にアーク部のダクト内壁に衝突する。そこで、RCSの各アーク部に設置されたビームロスモニタの信号を精査し、コリメータ部外で損失する粒子の経路を同定した。加えて、数値シミュレーションを活用し、粒子がコリメータをすり抜ける過程の再現を試みた。本研究はビーム損失の影響低減により、RCSの大強度化と高安定化に寄与する。

Uncontrolled beam loss in the 3 GeV rapid-cycling synchrotron (RCS) of the Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) was investigated. A significant amount of uncontrolled beam loss was observed, especially at each arc section, despite the RCS being equipped with a collimation system designed to collect halo particles with one scatterer and five absorbers. Based on the time-dependence of the beam loss measured in the collimation system and arc sections, the particles lost at the arc sections are found to be likely scattered by the absorber rather than the scatterer, contrary to the design of the collimation system. By changing the configuration of the collimation system, it was determined that the absorber through which the majority of the lost particles passed was the second absorber. In addition, the trajectory of such a particle was identified by using numerical simulation assuming the lattice structure of the RCS.