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沖田 英史; 足立 恭介; 田村 文彦; 野村 昌弘; 島田 太平; 吉井 正人*; 大森 千広*; 清矢 紀世美*; 杉山 泰之*; 長谷川 豪志*; et al.
Journal of Physics; Conference Series, 3094(1), p.012027_1 - 012027_7, 2025/09
J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)は、物質・生命科学実験施設(MLF)での中性子ユーザへの利用運転と同時にメインリング(MR)に大強度の陽子ビームを供給している。RCSとMRはMW級の大強度陽子加速器で安定したビーム運転には陽子の電荷同士の反発(空間電荷効果)を緩和させることが重要である。空間電荷効果の強さはビーム進行方向(縦方向)のビーム電流分布と関係しており、バンチングファクタ(平均電流値を縦方向ビーム電流分布のピーク値で除した値)が高いほど軽減できる。現在、RCSがMRに供給するビームのバンチングファクタは0.2と低く、これが原因でMR入射直後でビームロスが発生している。そこで、RCSの加速後半で基本周波数の二倍の周波数の加速電圧を重畳して不安定動作点を生成し、これを用いてバンチングファクタを増加させる手法を考案した。考案した手法で、RCSの出射ビームのバンチングファクタを0.4まで引き上げられることをビームシミュレーションで確認した。また、MRの加速電圧をRCSの出射ビーム形状に適合するように調整し、MR入射後のバンチングファクタを0.4で一定に保つことを可能とする条件を取得した。本成果は、RCSのビーム供給先であるMRのビームロス低減につながるものだけでなく、MLFに供給するビームに関しても縦方向ビーム電流分布の細かな調整を可能とするもので、RCSのビーム利用の成果創出に資する。
足立 恭介; 田村 文彦; 野村 昌弘; 島田 太平; 宮越 亮輔*; 沖田 英史; 吉井 正人*; 大森 千広*; 清矢 紀世美*; 原 圭吾*; et al.
Proceedings of 21st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.543 - 546, 2024/10
欧州原子核研究機構(CERN)により開発が進められているシミュレーションコードBLonDは、ビーム進行方向(縦方向)の運動を正確に計算する能力と優れた拡張性を有している。先行研究により、J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)における縦方向のビーム挙動をよく再現するモデルを構築することができることが確かめられ、現在は安定したビーム運転のために活用されている。近年、J-PARCではビームのさらなる大強度化に向けた検討を進めている。大強度ビームにおいては、空間電荷効果といったビーム粒子間の相互作用を考慮したビーム挙動の評価が重要となるが、BLonDでは特に空間電荷効果を含めたシミュレーションに計算時間が長くかかることが課題となっていた。最新のBLonDではGPUバックエンドによるシミュレーションの高速化が可能となった。本発表では、RCSの縦方向シミュレーションを主な題材として、BLonD GPUバックエンドの評価を行った結果について報告する。
田村 文彦; 杉山 泰之*; 沖田 英史; 山本 昌亘; 吉井 正人*; 大森 千広*; 清矢 紀世美*; 野村 昌弘; 島田 太平; 長谷川 豪志*; et al.
Proceedings of 21st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.774 - 776, 2024/10
大強度陽子加速器J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)は金属磁性体(MA)空胴の特長を生かしビーム出力1MWでの陽子ビーム加速を行っている。ビームはキッカー電磁石により1周で取り出されるが、ビームの取り出し直後、空胴に短時間電圧の跳ね上がりが発生する。これは電圧制御フィードバックに遅延があり、1ターン取り出し時のステップ状のビーム電流の減少に対する応答には一定の時間がかかることが理由であり、広帯域(Q=2)MA空胴ではこの応答の遅れは電圧の跳ね上がりとして観測される。跳ね上がりは取り出し時の電圧が高い場合には空胴機器の損傷の原因となりうるものである。電圧制御フィードバックのゲインパターンを用いて取り出しと同時に出力を抑止すればこの跳ね上がりを抑制できるが、RCSのようなマルチハーモニック運転の場合、パターン設定が煩雑である。このため、低電力高周波(LLRF)制御システムの機能としてビーム取り出しに同期し出力を抑止する仕組みを用意した。機能の詳細、試験結果、活用方法について報告する。
足立 泰平*; 池戸 豊*; 西山 樟生*; 薮内 敦*; 長友 傑*; Strasser, P.*; 伊藤 孝; 髭本 亘; 小嶋 健児*; 牧村 俊助*; et al.
JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.036017_1 - 036017_4, 2015/09
We report on the tuning of the ultra-slow muon beam line at J-PARC MUSE using Li impurities in a tungsten muonium production target in place of positive muons. Li ions were evaporated from the tungsten target by heating it up to 2000K and were transported in the ultra-slow muon beam line. The Li ion beam was monitored by micro channel plates installed at several points in the beam line. The Li beam was successfully transported to the end of the beam line after optimization of beam line parameters.
谷 教夫; 金澤 謙一郎; 島田 太平; 鈴木 寛光; 渡辺 泰広; 安達 利一*; 染谷 宏彦*
Proceedings of 8th European Particle Accelerator Conference (EPAC 2002), p.2376 - 2378, 2002/00
JAERI/KEK統合計画大強度陽子加速器施設の3GeV陽子シンクロトロンは、25Hzの速い繰り返しで電磁石を励磁するシンクロトロンである。1MWの大強度ビームを達成するために大口径の電磁石が必要とされている。大口径の電磁石は、従来の電磁石と比べて電磁石端部で非常に大きな漏れ磁場が発生することが予想される。また、電磁石は速い繰り返しで励磁されるためコイルや端板における渦電流による発熱が問題となる。われわれはプロトタイプの偏向電磁石を製作し、電磁石端部での漏れ磁場と渦電流の評価を行うための試験を行った。本論文では、偏向電磁石における最初の試験結果について報告する。
足立 恭介; 田村 文彦; 野村 昌弘; 島田 太平; 宮越 亮輔*; 沖田 英史; 吉井 正人*; 大森 千広*; 清矢 紀世美*; 原 圭吾*; et al.
no journal, ,
J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)は大強度陽子ビームを供給しているが、現在の運転条件下ではRCSが供給するビームの進行方向(縦方向)ビーム分布と供給先である後段施設が要求する縦方向ビーム分布の形が合っておらず、後段施設でのビーム損失を招いている。この改善のために、RCSでの加速終盤に加速周波数の2倍の周波数である高周波電圧(2倍高調波)を導入し、縦方向ビーム分布を平坦化する手法を検討した。その結果、RCSが供給するビームの縦方向ビーム分布を後段施設が要求する縦方向ビーム分布に適合させる条件を見つけることができた。本発表では、シミュレーションによる2倍高調波を導入する条件の最適化と、RCSにおける2倍高調波印加試験の結果を報告する。
田村 文彦; 沖田 英史; 山本 昌亘; 吉井 正人*; 大森 千広*; 清矢 紀世美*; 杉山 泰之*; 野村 昌弘; 島田 太平; 長谷川 豪志*; et al.
no journal, ,
J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)は現在までに設計ビーム出力1MWでのユーザー運転を実現している。RCSの 高周波(RF)加速システムは、高い加速電圧が発生可能でありまた広帯域特性を持つ金属磁性体(MA)を採用した空胴の特性を生かすことで、2倍高調波を用いたビーム進行方向の分布形状(バンチ)整形によってビーム密度の低減を行うことができる。これにより、ビームを構成する荷電粒子同士に発生する空間電荷効果の緩和など、大強度ビームのビーム損失の最小化に貢献してきた。一方で広帯域空胴特有の課題である、加速で使用する周波数の高調波成分の誘起に対する解決も必要であった。これらの課題とその解決について述べる。また、設計ビームパワー以上のビーム出力を目指した取り組みについても報告する。
