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論文

Phase space formation of high intensity 60 and 80 mA H$$^-$$ beam with orifice in J-PARC front-end

柴田 崇統*; 池上 清*; 南茂 今朝雄*; Liu, Y.*; 大谷 将士*; 内藤 富士雄*; 神藤 勝啓; 大越 清紀; 岡部 晃大; 近藤 恭弘; et al.

JPS Conference Proceedings (Internet), 33, p.011010_1 - 011010_6, 2021/03

J-PARC初段加速部では、イオン源から引き出されるビーム大強度化とともに、高周波四重極リニアック(RFQ)のビーム透過率向上が重要な課題である。RFQ透過率は、イオン源とRFQ間に位置する低エネルギービーム輸送部(LEBT)内のソレノイド電磁石設定に大きく依存する。本研究では、大強度化を行った際のRFQ透過率が高いビーム条件を明らかにするため、テストスタンドにおいてLEBT内で72mAと88mAの大強度ビーム下において、RFQ入口でのビーム粒子の位相空間分布を測定し、シミュレーションによる解析結果と比較した。その結果、LEBT内で水素ガスの差動排気に用いられる15mm$$phi$$オリフィスにビームが衝突してコリメートされることで、RFQ入口におけるエミッタンスおよびTwissパラメータに影響することが判った。特に、ビーム電流88mAの条件では、この機構を利用することで、低ソレノイド電流値でRFQ透過率が最適となる結果が見られた。ビーム大強度化に伴い、空間電荷効果を抑えるために必要なソレノイド電流が設計上限に至る懸念があったが、本研究からコリメートビームの利用で問題解決の可能性が示された。

論文

Upgrade of the 3-MeV linac for testing of accelerator components at J-PARC

近藤 恭弘; 平野 耕一郎; 伊藤 崇; 菊澤 信宏; 北村 遼; 森下 卓俊; 小栗 英知; 大越 清紀; 篠崎 信一; 神藤 勝啓; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 1350, p.012077_1 - 012077_7, 2019/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.07

J-PARC加速器の要素技術試験に必要な3MeV H$$^{-}$$リニアックを高度化した。イオン源にはJ-PARCリニアックと同じものを用い、RFQは、J-PARCリニアックで2014年まで使用した30mA RFQに代わり新たに製作した50mA RFQを設置した。したがって、このシステムはエネルギー3MeV、ビーム電流50mAとなる。このリニアックの本来の目的は、このRFQの試験であるが、J-PARC加速器の運転維持に必要な様々な機器の試験を行うことができる。加速器は既に試運転が終了しており、測定プログラムが開始されつつある。この論文では、この3MeV加速器の現状について報告する。

論文

Longitudinal measurements and beam tuning in the J-PARC linac MEBT1

大谷 将士*; 二ツ川 健太*; 宮尾 智章*; Liu, Y.*; 平野 耕一郎; 近藤 恭弘; 三浦 昭彦; 小栗 英知

Journal of Physics; Conference Series, 1350, p.012078_1 - 012078_5, 2019/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.07

J-PARCリニアックは2018年から設計ピーク電流である50mAでの運転を行っている。このような大電流においては、とくに低エネルギー領域での縦横両方向のビームの特性を理解することが重要である。3MeV RFQと50MeV DTLの間の長さ3mのMEBTは、RFQ-DTL間のビーム整合やRCS入射ビームの中間構造を作る非常に重要なセクションである。この論文では、MEBTの最近の測定とビーム調整について報告する。

論文

Development of inter-digital H-mode drift-tube linac prototype with alternative phase focusing for a muon linac in the J-PARC muon g-2/EDM experiment

中沢 雄河*; 飯沼 裕美*; 岩田 佳之*; 岩下 芳久*; 大谷 将士*; 河村 成肇*; 三部 勉*; 山崎 高幸*; 吉田 光宏*; 北村 遼; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 1350, p.012054_1 - 012054_7, 2019/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.07

J-PARC E34実験用の交差櫛形Hモードドリフトチューブリニアック(IH-DTL)を開発している。このIH-DTLはミューオンを0.34MeVから4.5MeVまで加速周波数324MHzで加速する。さらに、交換収束法を用いるため、横方向の収束が電場のみでなされ、磁場収束に比べて収束力が弱い。そのため、入射マッチングが重要になる。そのためプロトタイプを製作し、ビーム特性を検証する計画である。この論文では、IH-DTLプロトタイプのためのチューナーやカップラーの開発、特に低電力測定結果について述べる。

論文

Negative muonium ion production with a C12A7 electride film

大谷 将士*; 深尾 祥紀*; 二ツ川 健太*; 河村 成肇*; 的場 史郎*; 三部 勉*; 三宅 康博*; 下村 浩一郎*; 山崎 高幸*; 長谷川 和男; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 1350, p.012067_1 - 012067_6, 2019/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.07

負ミューオニウムはそのユニークな性質から様々な科学の分野で応用される可能性がある。1980年代に真空中で初めて生成されて以来、仕事関数の低い物質を用いて負ミューオニウム生成効率を高めることが議論されてきた。アルミナセメントの構成物質であるC12A7は良く知られた絶縁体であるが、電子をドープすることで導体として振舞うことが近年発見された。このC12A7エレクトライドは2.9eVという比較的低い仕事関数を持ち、負イオン生成効率を示すと期待されている。本論文では、従来用いていたアルミニウム、C12A7エレクトライド、さらにステンレスターゲット用いた負ミューオニウムイオン生成効率の比較について述べる。測定された生成率は10$$^{-3}$$/sであり、現状セットアップではエレクトライドにおいても大きな生成率向上は確認されず、表面状態をより注意深く整える必要であることが推定される。また、生成された負ミューオニウムの平均エネルギーに材質依存はなく、0.2$$pm$$0.1keVであった。

論文

Disk and washer coupled cavity linac design and cold-model for muon linac

大谷 将士*; 二ツ川 健太*; 三部 勉*; 内藤 富士雄*; 長谷川 和男; 伊藤 崇; 北村 遼; 近藤 恭弘; 森下 卓俊; 飯沼 裕美*; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 1350, p.012097_1 - 012097_7, 2019/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:65.18

ミューオン異常磁気モーメント測定および電気双極子モーメント探索実験用ミューオンリニアックの中エネルギー部用ディスクアンドワッシャ型(DAW)結合空洞リニアック(CCL)を開発している。このリニアックは、ミューオンを$$beta$$=0.3から0.7まで、加速周波数1.3Hzで加速する。本論文では、DAW CCLの空洞設計, ビーム力学設計、および空洞低電力モデルの測定結果について述べる。ビーム力学設計においては透過率100%で加速できる設計を行うことができ、問題となるようなエミッタンス増大もシミュレーションでは見られなかった。空洞設計においては、$$beta$$=0.3, 0.4, 0.5, 0.6用のセル設計を行った。コールドモデルの測定では、0.1%の精度で設計値の1.3GHzと一致していることが確認できた。

論文

The First replacement of the RF window of the ACS cavity

田村 潤; 近藤 恭弘; 森下 卓俊; 内藤 富士雄*; 大谷 将士*; 根本 康雄*

Journal of Physics; Conference Series, 1350, p.012079_1 - 012079_6, 2019/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.07

2013年に環結合型(ACS)空洞がJ-PARCリニアックに設置されて以降、これらACS空洞は順調に運転を継続している。これまでのところ、ACS空洞用高周波窓に起因する深刻な問題は発生していないが、25台あるACS空洞のうち1台についてその高周波窓を新規製作品と交換することにした。その大きな目的は、(1)5年近くビーム運転に使用されてきたACS用高周波窓の表面状態の確認、(2)新規に予備として製作した高周波窓が大電力運転に使用できるかどうかの確認、(3)未使用高周波窓の大電力コンディショニングにどれだけの時間を要するかの確認である。2018年の夏期メンテナンス期間を利用してACS用高周波窓の交換作業を行ったが、リニアックトンネルにて本交換作業を行うのは我々にとって初めての経験であった。取り外した高周波窓を確認したところ、目視ではまったく異常は見当たらなかった。このメンテナンス期間終了後の加速器立ち上げ時、新しく空洞に設置した高周波窓の大電力コンディショニングを行い、安定に必要な大電力を入力するのに約50時間を要することが分かった。新規製作のRF窓を設置した本ACS加速空洞は、現在でも安定に運転中である。

論文

VSWR adjustment for ACS cavity in J-PARC linac

田村 潤; 近藤 恭弘; 森下 卓俊; 内藤 富士雄*; 大谷 将士*; 根本 康雄*

Journal of Physics; Conference Series, 1350, p.012080_1 - 012080_6, 2019/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.07

J-PARCリニアックでは、環結合型(ACS)空洞によって負水素イオンビームを190MeVから400MeVまで加速している。そのACS空洞の中で最後段の加速空洞であるACS21空洞は、他の空洞に比べて大きなVSWR(空洞反射率)を持っている。この空洞反射率を目標値まで下げるために、専用の容量性アイリスを備えた矩形導波管を設計・製作した。2018年の夏期メンテナンス期間を利用し、製作した専用の矩形導波管をACS21空洞に設置した。これにより、ACS21加速空洞の反射率を目標値まで低減し、設計加速ビーム電流値である50mA加速時に極めて反射率の小さい運転を実現できるようになった。

論文

Energy measurement and correction for stable operation in J-PARC

守屋 克洋; 原田 寛之; Liu, Y.*; 大谷 将士*

Journal of Physics; Conference Series, 1350, p.012140_1 - 012140_5, 2019/11

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.07

In Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC), the beam accelerated up to 400 MeV in the Linac is injected to 3 GeV rapid cycling synchrotron (RCS), and we realize the high intensity beam by using multi-turn injection. During user operation, we rarely detected the beam loss at the high dispersion area in the RCS or the beam collimator section in the extraction beam transport line. These incidents indicate that the beam loss is caused by the momentum shift of RCS injection beam according to the experimental and simulation results. In the beam commissioning, we check the Linac beam momentum just before the user operation of the RCS. However, we could not previously measure the Linac beam momentum during the user operation because we adopt the multi-turn injection and the injected beam momentum was changed by the synchrotron oscillation in longitudinal plane. Therefore, we measured the beam momentum at the beam injection line of the RCS. Because the Linac-to-3-GeV-RCS Beam Transport line (L3BT) has the high dispersion areas, we estimated the injection beam momentum from the beam orbit data by the Beam Position Monitors (BPMs). We measured the beam position data and estimated the momentum shift by using the data and beam simulation. As a result, we found the momentum fluctuation during the user operation and the fluctuation width was up to 0.1%. To suppress the beam loss induced by the momentum fluctuation, we developed the momentum correction system. The fluctuation was suppressed less than $$pm$$0.02% with this system. Finally, the beam loss incidents induced by the beam momentum shift no longer occur, and we successfully achieved the more stable user operation in J-PARC.

論文

Beam commissioning of muon beamline using negative hydrogen ions generated by ultraviolet light

中沢 雄河*; Bae, S.*; Choi, H.*; Choi, S.*; 飯嶋 徹*; 飯沼 裕美*; 河村 成肇*; 北村 遼; Kim, B.*; Ko, H. S.*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 937, p.164 - 167, 2019/09

 被引用回数:1 パーセンタイル:23.13(Instruments & Instrumentation)

再加速された熱ミューオンビームを用いたミューオンの異常磁気モーメント及び電気双極子モーメント精密測定実験用のミューオンリニアックを開発中である。このリニアックのためのUV光駆動の負水素イオン源を開発した。ミューオン加速実験の前にこのイオン源を用いたビームラインの調整を行った。加速ミューオンの分別に必要な偏向電磁石の磁場強度を負水素ビームを用いて確認することができた。このイオン源はミューオンビームラインのコミッショニングに広く用いることができる。

論文

Development of the bunch shape monitor using the carbon-nano tube wire

北村 遼; 林 直樹; 平野 耕一郎; 近藤 恭弘; 守屋 克洋; 小栗 英知; 二ツ川 健太*; 宮尾 智章*; 大谷 将士*; 小坂 知史*; et al.

Proceedings of 10th International Particle Accelerator Conference (IPAC '19) (Internet), p.2543 - 2546, 2019/06

バンチシェイプモニター(BSM)は縦方向位相空間分布を測定するための重要な装置の一つである。例えば、J-PARCリニアックではタングステンワイヤーを用いたBSMが加速空洞間のバンチ形状を測定するためACSセクションに3台導入されている。しかしながら、このBSMではRFQとDTLセクション間のビーム輸送系における3MeVのH$$^{-}$$ビームのバンチ形状を測定することは、ビーム中心部でワイヤーが断線してしまうために困難である。そこで3MeVのH$$^{-}$$ビームのバンチ形状を測定できるよう、カーボンナノチューブワイヤー(CNT)を用いた新たなBSMを開発している。CNTワイヤーに-10kVの高圧を印加するには細心の注意を要する。ワイヤーからの放電を抑制しつつBSMを運転するためにいくつかの対策を実施した。この講演ではCNT-BSMの最新の開発状況と将来の展望を報告する。

論文

Development of a muon linac for the g-2/EDM experiment at J-PARC

大谷 将士*; 近藤 恭弘; 齊藤 直人; 長谷川 和男; 他7名*; J-PARC E34 Collaboration*

JPS Conference Proceedings (Internet), 25, p.011027_1 - 011027_5, 2019/03

ミュオン加速のための加速器を開発中である。この加速器により、ミュオンの異常磁気モーメントを0.1ppmの精度で、また電気双極子モーメントを10$$^{-21}$$cmの精度で測定することが可能となり、素粒子の標準理論をこえる物理の探索ができるようになる。最初のステップとして、ミュオンの加速試験を行う予定である。そのための負ミュオニウム源を開発し、既存のJ-PARC RFQ予備機を用いる。また、それに続く低ベータおよび中ベータ加速空洞も開発中である。低ベータにはinterdigital H構造、中ベータにはdisk and washer structureを用いる。本論文では、ミュオン加速試験の準備状況および、加速空洞の開発状況について述べる。

論文

Low power measurement of a 1300-MHz RFQ cold model

近藤 恭弘; 森下 卓俊; 田村 潤; 大谷 将士*

Proceedings of 29th International Linear Accelerator Conference (LINAC 2018) (Internet), p.794 - 797, 2019/01

J-PARCにおけるミューオンg-2/EDM実験のためのミューオンリニアックの開発が進行中である。J-PARCミューオン施設Hラインからのミューオンは、シリカエアロジェルターゲット中に停止させられ、室温のミューオニウムが生成する。それをレーザー解離した超低速ミューオンをリニアックで212MeVまで加速する。このミューオンリニアックの低エネルギー部は324MHzのRFQとIH-DTLで構成される。周波数は続くCCLセクションで1296MHz(Lバンド)に増やされる。我々は低エネルギー部をLバンドRFQで置き換えることを提案している。このLバンドRFQはこれまでのRFQにくらべて極端に小型となるため低電力モデルを製作し実現可能性を検証する。本論文では、LバンドRFQの低電力測定結果について述べる。

論文

Prototype of an Inter-digital H-mode Drift-Tube Linac for muon linac

中沢 雄河*; 飯沼 裕美*; 岩田 佳之*; 岩下 芳久*; 大谷 将士*; 河村 成肇*; 三部 勉*; 山崎 高幸*; 吉田 光宏*; 北村 遼*; et al.

Proceedings of 29th International Linear Accelerator Conference (LINAC 2018) (Internet), p.180 - 183, 2019/01

BNL-E821実験において、ミューオンの異常磁気能率(g-2)の実験値は素粒子標準理論の予想値から3.7$$sigma$$の乖離を示しており、標準理論を超えた物理が期待されている。より高精度な測定のためにJ-PARCミューオンg-2/EDM実験では先行実験とは異なる手法での実験を計画している。超低速ミューオンを線形加速器により212MeVまで再加速することで低エミッタンスのミューオンビームを実現し、先行実験における系統誤差を減らして世界最高精度0.1ppmを目指している。実験の核となるミューオン線形加速器の技術開発として、APF方式を用いたIH-DTLの開発を進めている。本講演では、設計の手順と製造過程の報告、さらに基本性能の試験の結果について述べる。

論文

Numerical and experimental study of H$$^{-}$$ beam dynamics in J-PARC LEBT

柴田 崇統*; 池上 清*; Liu, Y.*; 三浦 昭彦; 内藤 富士雄*; 南茂 今朝雄*; 小栗 英知; 大越 清紀; 大谷 将士*; 神藤 勝啓; et al.

Proceedings of 29th International Linear Accelerator Conference (LINAC 2018) (Internet), p.519 - 521, 2019/01

実験結果と数値計算結果の比較によって低エネルギービーム輸送系(LEBT)での負水素イオン(H$$^{-}$$)ビームの輸送過程を調査している。これまで、(i)J-PARCのLEBTの2つのソレノイド電磁石による軸方向磁場と、(ii)空間電荷効果による径方向電場の2つを考慮するために、3次元のParticle-In-Cell(PIC)粒子輸送モデルを開発してきた。2つのソレノイド電磁石電流が変化したときの高周波四重極リニアック(RFQ)入口での全H$$^-$$ビーム粒子数に対するRFQのアクセプタンス内のH$$^{-}$$ビーム粒子数の比を計算した。この計算結果をJ-PARCリニアックのコミッショニングで得たRFQの透過率測定の実験結果と比較したところ、実験で見られたソレノイド電磁石への印加電流に対するRFQの透過率の2つのピークが現れることが、計算結果からも確認できた。計算結果では、LEBT内で作動排気のために設置しているオリフィスがRFQ入口のエミッタンスを削ってしまうコリメータのような役割をしていることが示された。

論文

Longitudinal bunch size measurement using an RF deflector

大谷 将士*; 二ツ川 健太*; 平野 耕一郎; 近藤 恭弘; 三浦 昭彦; 小栗 英知; Liu, Y.*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 908, p.313 - 317, 2018/11

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.02(Instruments & Instrumentation)

加速器のビームの質を改善するためにはビーム診断系が非常に重要である。陽子や重イオンリニアックの低エネルギー部において、ビーム進行方向の性質は、垂直方向のそれと比較して、測定方法が確立しているとは言い難い状況である。我々はRFデフレクタを用いた新しい縦方向バンチ長の測定方法を開発した。シミュレーションを元に縦方向バンチ長測定の不定性を0.5$$^{circ}$$と見積もった。さらに、上流側バンチャー空洞の高周波振幅を振り各点におけるバンチ長を測定ことで縦方向エミッタンスも測定した。測定結果は0.13$$pm$$0.01$$pi$$ deg$$cdot$$MeVであり、シミュレーションによる予想と無矛盾であった。

論文

Low-reflection RF window for ACS cavity in J-PARC linac

田村 潤; 近藤 恭弘; 森下 卓俊; 青 寛幸*; 内藤 富士雄*; 大谷 将士*; 根本 康雄*

Journal of Physics; Conference Series, 1067(5), p.052009_1 - 052009_6, 2018/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.11

J-PARCリニアックの環結合型(Annular-ring Coupled Structure: ACS)空洞は、これまで安定に運転してきている。この高稼働率運転を継続するため、2015年度と2017年度に、このACS空洞用のピルボックス型高周波(RF)窓を製作した。次の二つの理由から、このRF窓における電磁波の反射を最小化する必要がある。一つ目は、このRF窓とACS空洞の間で励振する定在波の発生を防ぐためであり、二つ目は、ACS空洞と導波管の間の調整済結合度を大きく変化させないためである。このRF反射最小化を実現するため、RF窓用セラミックディスクを含んだピルボックス空洞の共振周波数を測定することにより、このセラミックディスクの比誘電率を見積もった。このようにして見積もったセラミックディスクの比誘電率を用いて、RF窓のピルボックス部寸法を決定した。この方法により製作したACS空洞用RF窓の電圧定在波比を測定したところ、3台とも1.08であり、実際の大電力運転に適用可能な低反射RF窓の開発に成功した。

論文

Development of a microchannel plate based beam profile monitor for a re-accelerated muon beam

Kim, B.*; Bae, S.*; Choi, H.*; Choi, S.*; 河村 成肇*; 北村 遼*; Ko, H. S.*; 近藤 恭弘; 三部 勉*; 大谷 将士*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 899, p.22 - 27, 2018/08

 被引用回数:5 パーセンタイル:64.98(Instruments & Instrumentation)

ミューオン異常磁気能率/電気双極子モーメントの高精度測定のための、横運動量の小さな低運動量ミューオンビーム用のマイクロチャンネルプレートを用いたビームプロファイルモニタを開発した。このプロファイルモニタで、4MeVまでのミューオンを測定できる。このプロファイルモニタの性能評価を、J-PARCのミューオンビームと紫外光源を用いて行った。その結果、10$$^4$$までのミューオンを飽和することなく測定可能であり、位置分解能が0.3mmであることが実証された。また、ミューオンビーム中のバックグランドとなる崩壊陽電子を、MCPの出力の違いから区別可能であることも実証した。

論文

First muon acceleration using a radio-frequency accelerator

Bae, S.*; Choi, H.*; Choi, S.*; 深尾 祥紀*; 二ツ川 健太*; 長谷川 和男; 飯嶋 徹*; 飯沼 裕美*; 石田 勝彦*; 河村 成肇*; et al.

Physical Review Accelerators and Beams (Internet), 21(5), p.050101_1 - 050101_6, 2018/05

 被引用回数:11 パーセンタイル:81.67(Physics, Nuclear)

ミューオンがRF加速器によって初めて加速された。正ミューオンと電子の束縛状態である負ミューオニウムをアルミ標的中での電子獲得反応によって生成し、静電加速器により初期加速する。それを高周波四重極加速空洞(RFQ)によって89keVまで加速した。加速された負ミューオニウムは、偏向電磁石による運動量の測定と飛行時間により同定された。このコンパクトなミューオン加速器は、素粒子物理や物性物理などのミューオン加速器の様々な応用への第一歩である。

論文

Beam dynamics design of the muon linac high-beta section

近藤 恭弘; 長谷川 和男; 大谷 将士*; 三部 勉*; 吉田 光宏*; 北村 遼*

Proceedings of 8th International Particle Accelerator Conference (IPAC '17) (Internet), p.2304 - 2307, 2017/06

J-PARCにおいて、新たなg-2実験のためのミューオンリニアックを開発中である。J-PARC MLFのミューオンビームライン(H-line)からのミューオンビームはエアロジェルターゲット中で室温のミューオニウムを生成する。このミューオニウムをレーザー電離した超低速ミューオン(USM)をミューオンリニアックによって212MeVまで加速する。40MeV以降の加速構造には、円盤装荷型進行波加速管を用いる。このエネルギーの$$beta$$は0.7であり、電子リニアックと同様の技術を利用できる。しかしながら、ミューオンではセル長がエネルギーの増加によって長くなっていくので、これに同調した設計が必要となる。本論文では、このミューオン加速用の加速構造のビーム力学設計について述べる。

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