J-PARC RCSの大強度化に向けた線形和共鳴の補正研究

Study on the compensation of linear sum resonance for further beam power ramp-up in J-PARC RCS

小島 邦洸 ; 原田 寛之  ; 地村 幹   ; 永山 晶大*; Saha, P. K.   

Kojima, Kunihiro; Harada, Hiroyuki; Chimura, Motoki; Nagayama, Shota*; 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。陽子シンクロトロンにおける主要なビーム損失原因の一つとして共鳴現象がある。ビームは進行方向に直行する平面で印可される収束力に応じた周期で振動している。ビームの振動と収束場の周期とが一定の条件(共鳴条件)を満たすとき、粒子の振幅は増大しビームパイプに衝突して損失する。ビームに印可する収束力を慎重に制御することで共鳴条件への抵触は回避できる。一方で、ビームの大強度化は粒子間クーロン斥力の影響を増大させ、共鳴条件に抵触しないビームの振動数の範囲を狭める。そこで本研究では、ビーム損失を引き起こす可能性がある線形和共鳴に着目し、その駆動力を打ち消す操作(補正)によるビームへの影響低減を試みた。線形和共鳴の補正に一般に用いられる歪み四極電磁石がRCSには備わっていないため、六極電磁石中にバンプ軌道を形成する特殊な手法による同共鳴の補正を行った。この補正手法の確立は、RCSのビーム損失を低減し運転の高度化に寄与する。

A detailed study on the random resonance was conducted to ensure sufficient tunability in the 3-GeV rapid cycling synchrotron (RCS) of the Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). The progressive improvement in beam intensity, aiming for an output beam power of 1.5 MW, inevitably excites the effect of the structure resonance and requires the operating point to be shifted higher. Employing a low-intensity beam, the excitation of the sum linear resonance locating just above the current operating point is revealed. The linear sum resonance was confirmed to be compensated by making local bumps in the arc section by using the steering magnets. Based on the resonance driving term, the main source of the imperfection field is identified as the leakage field from extraction magnets.