J-PARC RCS荷電変換フォイルの温度計測にむけた開発

Development for temperature measurement of the stripper foil in J-PARC RCS

吉本 政弘  ; 山田 逸平 ; 仲野谷 孝充  ; Saha, P. K.   ; 畠山 衆一郎; 佐伯 理生二*; 倉持 勝也*; 大津 聡*

Yoshimoto, Masahiro; Yamada, Ippei; Nakanoya, Takamitsu; Saha, P. K.; Hatakeyama, Shuichiro; Saeki, Riuji*; Kuramochi, Masaya*; Otsu, Satoru*

J-PARC 3GeVシンクロトロン加速器(RCS)では、大強度陽子ビームを実現させるために、入射された負水素イオンを純炭素製荷電変換フォイルを用いて電子をはぎ取り陽子に変換する荷電変換ビーム多重入射方式を採用している。これまでRCSの設計出力である1MWでの連続運転において、荷電変換フォイルが利用運転を継続するために十分な寿命を有していることを実証してきた。一方で、J-PARCではさらなる大強度化に向けた検討を進めており、RCSでは最大2MWの出力の実現を目指している。一般的に、ビーム強度を増強する際に、荷電変換フォイルにおいて課題となるのは温度上昇とそれに伴う短寿命化である。特に、最高温度が昇華温度に到達する場合、膜厚減少が急激に進行すると考えられる。そこで、J-PARCにおけるビーム強度を増強した時のフォイル昇温シミュレーションの結果及び汎用性のあるフォイル温度の実測に向けた検討状況について報告する。

To achieve a high-intensity proton beam, the J-PARC 3-GeV rapid cycling synchrotron accelerator (RCS) adopts the multi-turn charge-exchange beam injection scheme, in which the carbon stripper foils remove the electron from the injected H beam to convert the H beam. Up to now, we have demonstrated that the foils have a sufficient lifetime for continuous beam operation at the design power of 1 MW. On the other hand, we are investigating the possibility of increasing the beam power at the J-PARC further; we hope to achieve a maximum output of 2 MW at the RCS. In general, the key issue for the stripper foil at higher power beam irradiation is the shortened lifetime due to the rising foil temperature. As it reaches the sublimation temperature, it is of concern that the foil's thickness is rapidly decreasing. In this presentation, we will report the simulation result of the rising foil temperature according to the RCS beam power upgrade plan and the recent status of the study for the versatile foil temperature measurement.