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論文

Endurance test of the J-PARC-made RF antenna coil for H$$^-$$ ion source

柴田 崇統*; 神藤 勝啓; 南茂 今朝雄*; 大越 清紀; 川井 勲*; 池上 清*; 小栗 英知

JPS Conference Proceedings (Internet), 45, p.011155_1 - 011155_10, 2026/06

In the recent J-PARC user operation from 8th November 2023 to 1st July 2024, a single J-PARC radio frequency (RF) hydrogen negative ion (H$$^-$$ ion) source generated an H$$^-$$ ion beam with its continuous operation of 4,962 hours (approximately 6.8 months). The extracted beam current for the user operation is 60 mA under input RF power to the ion source of 25 - 30 kW. The key component of the RF ion source is the internal antenna coil. A new J-PARC-made antenna coil is manufactured to enable a stable supply of the ion source components for the J-PARC operation. Endurance tests and soundness evaluations were performed for several antenna samples at the offline test stand to judge the availability of the prototype.

論文

A 3D Particle-In-Cell calculation of J-PARC RF ion source; Effects due to near antenna electric field

柴田 崇統*; 中野 治久*; 和田 元*; 神藤 勝啓; 大越 清紀; 南茂 今朝雄*; 川井 勲*; 小栗 英知

JPS Conference Proceedings (Internet), 45, p.011154_1 - 011154_8, 2026/06

大強度陽子加速器施設では、高周波駆動型負水素(H$$^-$$)イオン源が数か月間メンテナンスフリーで安定なH$$^-$$ビーム特性を持った運転のための粒子源として用いられている。高周波駆動型イオン源は、入力する高周波の周波数でビーム電流や位相空間が振動する特徴がある。この振動は、加速器のTwissパラメータのミスマッチを起こす可能性がある。そこで、モンテカルロ法による粒子衝突を含めた3次元PICモデル計算を開発し、ビーム振動機構を明らかにすることを進めてきた。イオンビーム引出領域についてのシミュレーション計算の結果では、アンテナによる誘導電圧による「ポンピング効果」が見られた。このポンピング効果は、高周波のある位相でイオン源内のRFプラズマのドライバ領域での電子や陽子がビーム引き出し領域へ引っ張り出されることが示された。アンテナの電圧がプラズマ電極に対して正電圧になる場合、陽子束がプラズマ電極に引き込まれてH$$^-$$生成が増大化し、ビーム引出孔近傍に蓄積する。アンテナの電圧が負電圧になる場合、蓄積したH$$^-$$イオンがビームとして引き出される。この描像がビームが高周波の周波数で振動する原因であることが分かった。

論文

Decadal operation of the cesiated RF-driven ion source for negative hydrogen ions at J-PARC

神藤 勝啓; 大越 清紀; 柴田 崇統*; 南茂 今朝雄*; 川井 勲*; 池上 清*; 高木 昭*; 浅野 博之*; 上野 彰; 小栗 英知

JPS Conference Proceedings (Internet), 45, p.011137_1 - 011137_10, 2026/06

実験施設からのビーム強度増強の必要性に応える形で、J-PARCでは2014年秋にセシウムを導入した高周波(RF)駆動の負水素(H$$^-$$)イオン源の運転を開始した。RF駆動のイオン源は、ビームエネルギー50keV、最初は33mAで、2016年1月より47mAで、2018年10月以降は60mAのビーム電流でH$$^-$$ビームを引き出してきた。最後のビーム電流値は、リニアックが所期設計時のビーム電流である50mAのH$$^-$$ビームを、早い繰り返しの3GeVシンクロトロン(RCS)に入射する条件を満たしている。2021年/2022年の運転までは、1年間の運転期間に1から3回のイオン源の交換を行ってきた。その理由は、RF駆動型イオン源が利用運転を止めてしまうような深刻な問題を起こさずにビームを送ることができる運転寿命を明確に示すことが困難だったからである。しかしながら、2022年/2023年の運転以降は、期間を通して単一のRF駆動型負水素イオン源による連続運転でビームを供給できてきた。この10年間では、3回のRFアンテナコイルの破損といくつかの問題に出くわした。本発表では、RF駆動型H$$^-$$イオン源の運転に関する統計データとともに、ビーム電流の増強化などの将来のJ-PARCアップグレードやJ-PARC製RFアンテナコイルの開発状況を報告する。

論文

Laser stripping experiment of 400 MeV H$$^{-}$$ beam in J-PARC

原田 寛之; Saha, P. K.; 米田 仁紀*; 道根 百合奈*; 小野田 元喜*; 山田 逸平; 柴田 崇統*; 佐藤 篤*; 金正 倫計

JPS Conference Proceedings (Internet), 45, p.011133_1 - 011133_8, 2026/06

大強度陽子加速器では、負水素イオンをリング加速器の入射点に設置された炭素膜で陽子に荷電変換しながら入射する。この入射法は、シンクロトロンや蓄積リングで大強度の陽子ビームを生成できる反面、炭素膜に多数のビームを通過させる破壊的な入射法であり、膜自体の短寿命化や装置の高放射化を招く。そこで、J-PARCではさらなる大強度化のために、膜に代わる非破壊のレーザー荷電変換入射を提案し、レーザー剥離実験の原理実証を進めている。この実験では、地下2階の加速器トンネル内の負水素とレーザーの相互作用位置から約70m離れた地上2階にレーザー光源を設置するため、長距離レーザー光路を新たに構築した。本発表では、レーザー荷電変換の概要を紹介するとともに、本実験の実施に重要なレーザー光路の構築などの準備状況について報告する。また、今後の実験計画と展望について述べる。

論文

Current status of the cesiated RF-driven negative hydrogen ion source and its R&D activities for future facility projects at J-PARC

神藤 勝啓; 大越 清紀; 柴田 崇統*; 南茂 今朝雄*; 飛田 健太郎*; 池上 清*; 上野 彰

Journal of Physics; Conference Series, 3237(1), p.012065_1 - 012065_8, 2026/05

It is important to note that more than a decade has elapsed since the radiofrequency (RF)-driven negative hydrogen (H$$^-$$) ion source initiated operation in the autumn of 2014 at J-PARC. Since the 2022/2023 campaign, H$$^-$$ beams with a beam current of 60 mA have been generated by a single RF-driven H$$^-$$ ion source during a campaign. The continuous operation time of the ion source reached 4,962 hours during the 2023/2024 campaign. In the 2024/2025 campaign, a single RF-driven H$$^-$$ ion source functioned continuously for 4,289 hours to produce H$$^-$$ beams with a beam current of 62.5 mA for the J-PARC users and 75 mA for the accelerator beam studies. The objective of these studies is to prepare for higher beam delivery of a proton beam to the experimental facilities in future. Concurrently, we are engaged in R&D activities of the ion source toward advancement.

論文

J-PARCイオン源での90mA負水素イオンビーム試験

柴田 崇統*; 南茂 今朝雄*; 大越 清紀; 神藤 勝啓; 飛田 健太郎*

Proceedings of 22nd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.580 - 583, 2026/03

将来のJ-PARCアップグレードにとって、ビーム強度の増強化は重要なタスクの1つである。そのためにイオン源からより大強度で安定な負水素イオンビームを供給することが求められている。我々はイオン源テストスタンドを用いてビーム電流の増強に関する試験を行った。初段加速器である高周波四重極加速器への入射条件を考慮して、ビームエネルギーは現在と同じ52.5keVとして、90mAの負水素イオンビーム電流の引き出しに成功した。現在のJ-PARC利用運転でイオン源より供給している60mAの負水素イオンビーム電流の場合と比較して、ビーム電流は1.5倍になったにも拘らず、ビームの広がりの指標であるエミッタンスは、10%の増加にとどまったことが分かった。テストスタンドで現在のイオン源より52.5keV/90mAの負水素イオンビーム引き出して6時間の連続運転試験を実施し、安定したビーム引き出しが可能であることも確認した。

論文

J-PARCリニアック50Hz運転検証試験

近藤 恭弘; 地村 幹; Cicek, E.*; 福井 佑治*; 二ツ川 健太*; 不破 康裕; 後藤 陸斗*; 平野 耕一郎; 石川 将樹*; 伊藤 崇; et al.

Proceedings of 22nd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.124 - 129, 2026/03

J-PARCリニアックではさまざまなアップグレード計画が進行中であり、その中でも繰り返し周波数倍増計画は最も重要なものである。現在、リニアックは400MeVの負水素イオンビームを、3GeVシンクロトロン(RCS)へ25Hzの繰り返し周波数で供給している。しかし、RCSと計画中の陽子ビーム照射施設の両方に同時にビームを供給するためには、繰り返し周波数を25Hzから50Hzに引き上げる必要がある。照射施設へのビームライン建設に先立ち、2025年5月に現状可能な範囲でのリニアック機器の50Hz動作検証を実施した。また、J-PARC加速器における最も重要な安全装置の一つである粒子数カウンターシステムについても、50Hz動作の検証を行った。その結果、重大な問題は確認されず、今後予定されている50Hzビーム加速実証に向けた準備が整った。本論文では、J-PARCリニアックにおけるビーム加速を伴わない50Hz動作実証の詳細について述べる。

論文

Phase space measurements of 90 mA and 52.5 keV H$$^-$$ ion beam at J-PARC frontend

柴田 崇統*; 南茂 今朝雄*; 神藤 勝啓; 大越 清紀; 川井 勲*; 北村 遼; 森下 卓俊; 近藤 恭弘; 佐藤 洋一*

Proceedings of 16th International Particle Accelerator Conference (IPAC25) (Internet), p.514 - 516, 2025/11

J-PARCでは、将来のビーム出力増強化に向けてイオン源からのビーム電流増大化を進めている。J-PARCの高周波負水素(H$$^-$$)イオン源より、後段加速器である高周波四重極線形加速器(RFQ)に適合したビームエネルギー52.5keVで90mAのH$$^-$$ビームの引き出しに成功した。テストスタンドで実機RFQ入口を想定した位置での90mAのH$$^-$$ビームの位相空間の測定を行った結果、95%RMSエミッタンスで0.31$$pi$$ mm mradであった。これは、J-PARC加速器での利用運転時のH$$^-$$ビーム電流60mAの時のエミッタンス0.27$$pi$$ mm mradに比べて想定しうる大きさの範囲であり、現在のRFQで加速できる位相空間分布に収まることを確認した。テストスタンドで現在のイオン源より52.5keV/90mAのH$$^-$$ビーム引き出して6時間の連続運転試験を実施し、安定したビーム引き出しが可能であることも確認した。

論文

Progress in linac beam commissioning for high-intensity operations for J-PARC power upgrades

Liu, Y.*; 大谷 将士*; 宮尾 智章*; 中沢 雄河*; 柴田 崇統*; 南茂 今朝雄*; Fang, Z.*; 二ツ川 健太*; 福井 佑治*; 溝端 仁志*; et al.

Proceedings of 16th International Particle Accelerator Conference (IPAC25) (Internet), p.855 - 857, 2025/11

The Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) has achieved stable 1 MW operation on its neutron target and is advancing toward higher power levels of 1.5 MW to support high-power MR operations and a second target station. This progression presents challenges, including increased intra-beam stripping (IBSt) of negative hydrogen ions, chop leakage from higher beam currents and emittance, low-energy beam loss due to halo formation, frontend fluctuations affecting beam transmission, and RF phase and amplitude fluctuations. To address these issues, a redesigned lattice mitigates IBSt, a new MEBT1 improves chopping and collimation, and machine learning-based compensation schemes manage frontend and RF fluctuations. Additionally, longitudinal and transverse matching schemes enhance beam quality, validated through benchmarked longitudinal measurements. Results from studies at 50 mA and 60 mA beam currents demonstrate significant progress in overcoming these challenges.

論文

Investigation of the leakage beam from the RF chopper using the BSM

北村 遼; 森下 卓俊; 岡部 晃大; 宮尾 智明*; 中沢 雄河*; 柴田 崇統*

Proceedings of 16th International Particle Accelerator Conference (IPAC25) (Internet), p.2811 - 2813, 2025/11

The Japan Proton Accelerator Complex (J-PARC) linac is operated with a peak current of 50 mA to deliver the 1-MW beam to the neutron target through the rapid cycling synchrotron (RCS). One of the source of the beam loss to limit the beam power is a leakage beam from a radio-frequency (RF) beam chopper at the frontend of the linac. The J-PARC beam chopper consists of the RF deflector cavity and the beam scraper to produce the pulse structure of a few hundreds nano seconds typically. Since the leakage beam is presented in the unintended RF bucket, it becomes the beam loss during the acceleration in the RCS. Recently, the bunch-shape monitor (BSM) dedicated for the low-energy beam has been developed to measure longitudinal profiles after a radio-frequency quadrupole linac (RFQ). It is useful to investigate the leakage beam because the BSM is located at just after the chopper. Asymmetric longitudinal profiles were observed with the BSM, which might cause the beam loss, but the sensitivity should be improved for the further investigation. Measuring the induced current from the target probe by using the BSM in the same way as the wire-scanner monitor, the horizontal profile is measured at the BSM. Since the RF deflector kicks the beam in the horizontal direction, the leakage beam from the chopper is observed by the horizontal profile measurement. Latest results are presented with discussing the classification of the leakage beam with respect to its time scale and source.

論文

J-PARC大強度高周波駆動負水素イオン源の運転状況(2023-2024)

神藤 勝啓; 大越 清紀; 柴田 崇統*; 南茂 今朝雄*; 川井 勲*; 池上 清*; 上野 彰

Proceedings of 21st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.525 - 528, 2024/10

J-PARCで高周波(RF)駆動型負水素(H$$^-$$)イオン源が運転を始めてから10年が経過した。2023/2024年の運転期間中、1台のRF駆動型H$$^-$$イオン源が、60mAのH$$^-$$ビーム電流を発生し、リニアックが50mAのビーム電流を3GeV高繰り返しシンクロトロン(RCS)に入射できるようにした。イオン源の連続運転時間は4,900時間を超え、これまでの最長時間である2022/2023年の期間の4,412時間に比べて運転時間を大幅に更新した。本論文では、2023/2024年のRF駆動型H$$^-$$イオン源の運転状況と現在開発中であるJ-PARC製高周波内部アンテナの現状について報告する。

論文

J-PARCにおけるH$$^-$$イオン源の運転状況

柴田 崇統*; 大越 清紀; 上野 彰; 池上 清*; 神藤 勝啓; 南茂 今朝雄*; 川井 勲*; 小栗 英知

加速器, 21(2), p.94 - 100, 2024/07

2022年11月10日から2023年6月22日までのJ-PARCの利用運転では、高周波負水素イオン源を用いて負水素イオン源からビーム電流60mAで4,412時間の連続運転を達成した。今回が初めての年間を通して利用運転期間に1台のイオン源での運転であった。J-PARCでの将来のアップグレードの要件を満たすために、現在のイオン源を構成する機器の健全性評価を行った。また、新たに製作している高周波アンテナコイルを用いたRFイオン源を現在試験中である。

論文

Development of a new J-PARC-made internal antenna for the J-PARC RF-driven H$$^-$$ ion source

神藤 勝啓; 柴田 崇統*; 大越 清紀; 南茂 今朝雄*; 川井 勲*; 池上 清*

Journal of Physics; Conference Series, 2743, p.012023_1 - 012023_5, 2024/05

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.00(Physics, Particles & Fields)

J-PARCの高周波駆動セシウム添加型負水素イオン源用の新しいJ-PARC製アンテナの試験を行ってきている。最初のJ-PARC製アンテナの開発後、コーティングからの不純物ガス放出が懸念されたため、アンテナのエナメルコーティングの組成を変更した。新しいアンテナによる高密度プラズマ生成の試験中に、質量分析と分光スペクトル測定を行い、新アンテナからのガス放出特性を監視した。その結果、新アンテナからは顕著となる不純物の放出がないことを確認した。新アンテナを用いたH$$^-$$ビーム引き出しを行い、H$$^-$$ビーム特性を測定した。新アンテナを使用してJ-PARCの高周波駆動セシウム添加型負水素イオン源より引き出したH$$^-$$ビームのエミッタンスはSNS製アンテナを使用した場合と同様であることが分かった。新アンテナの耐久試験を促進するために、2MHz高周波入力電力を約60kWで5%のデューティーファクター(50Hzの繰り返しでパルス幅1ms)を新アンテナに印加し、高密度プラズマを生成した。この運転パラメータはJ-PARC加速器で運転するパラメータである2MHz高周波入力電力約30kW、25Hzの繰り返しでパルス幅0.8msに比べてはるかに高い値である。本発表では、新しいJ-PARC製アンテナの特性の結果を示すとともに、J-PARC加速器運用で使用するための新しいアンテナの実現の可能性について議論する。

論文

Factors influencing the fluctuation amplitude of the H$$^-$$ ion beam extracted from an RF wave excited ion source plasma

和田 元*; 柴田 崇統*; 神藤 勝啓

Journal of Physics; Conference Series, 2743, p.012031_1 - 012031_5, 2024/05

 被引用回数:1 パーセンタイル:76.34(Physics, Particles & Fields)

内部アンテナ型の高周波駆動負水素イオン源が、J-PARC加速器施設にビームを供給している。負水素イオンビーム電流は高い安定性を示しているが、テストスタンドでイオン源から引き出されたビーム電流をファラデーカップで測定すると、DC電流の大きさに対して、5%程度の変動がみられる。この変動には2つの周波数成分、駆動している高周波成分である2MHzとその2倍高調波の4MHzの成分が見られる。これらの成分の振幅レベルは、スリットを通過する特定の角度に向けられたビームの一部が検出されるにつれて大きく見える。全ビーム強度に小さな振幅の振動が観察される理由として考えられるのは、H$$^-$$イオン生成の位置とファラデーカップに到達するその後の軌道に応じた局所ビームの平均位相シフトである。位相シフトがビーム全体の発信振幅を減少させる主な理由であるかどうかを確認するために、2MHz成分と4MHz成分の間の位相シフトを、位置を決める0.1mm幅のビーム入口スリットとファラデーカップに結合された0.1mm幅のスリットを通過するビームについて測定した。その結果、位相シフトが位置に応じて大きく変化することが示されたが、測定された位相シフトの空間分布を説明できる単純なモデルではなかった。RFアンテナ電流に対するビーム電流位相シフトの測定、バルマー$$alpha$$光の時間発展など、H$$^-$$ビーム輸送に関連するビームダイナミクスを明らかにする更なる試みを行う予定である。

論文

Simple 3D PIC analysis for beam phase space oscillation in RF driven negative hydrogen ion source

柴田 崇統*; 神藤 勝啓; 中野 治久*; 星野 一生*; 宮本 賢治*; 大越 清紀; 南茂 今朝雄*; 池上 清*; 川井 勲*; 小栗 英知; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 2743, p.012007_1 - 012007_5, 2024/05

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.00(Physics, Particles & Fields)

高周波イオン源より引き出された負水素イオンビームの位相空間での振動について、電子、陽子および負水素イオンのイオン源引出領域での輸送過程を考慮した単純な3次元のParticle-In-Cell(PIC)法で調べた。J-PARC高周波負水素イオン源の配位で単孔の引き出し孔近傍を計算領域とした。プラズマ密度振動と引き出された負水素イオンビームの特性を理解するために、イオン源内のドライバー領域プラズマからの電子及び陽子の流れをプラズマ生成のために駆動している高周波の基本波(2MHz)と2倍高調波(4MHz)で変化させて、シミュレーションを実施した。数値解析の結果、プラズマパラメータの振動と様々な高周波位相で引き出された負水素イオンの軌道との間で主な物理過程が見いだされた。本発表では、振動の機構を抑える対処法についても議論する。

論文

Effect due to Cs injection upon current oscillation of the beam extracted from the J-PARC negative hydrogen ion source

和田 元*; 柴田 崇統*; 神藤 勝啓

Journal of Instrumentation (Internet), 19(2), p.C02019_1 - C02019_7, 2024/02

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.00(Instruments & Instrumentation)

J-PARCでは、2MHzの高周波(RF)電力で励起されたプラズマによるH$$^-$$イオン源が、ビーム源として加速器に供給されている。これまで、RFQ出口でビームが2MHzで揺動していることを見つけて以来、プラズマ励起RF周波数でのH$$^-$$ビーム揺動について研究してきた。高周波成分は、プラズマの周辺領域に存在し、位相空間でのビームの変化を明らかにするために開発した高時間分解能エミッタンス測定の結果、2MHzで振動する発散ハロー成分の存在を明らかにした。ビーム中心での変動振幅には20%未満で4MHzで振動する成分も観測された。この4MHz成分は、RF誘導電場の強度が各サイクルで2回最大になるため、RFアンテナによる高エネルギー電子の生成に関連していると考えられる。一方、RF磁場の方向と電子の流れの方向は2MHzの周波数で変化する。よって、イオン源でのH$$^-$$イオン生成メカニズムは、引き出されたH$$^-$$ビームを正確に特性化することで推定できる。H$$^-$$ビームの揺らぎをファラデーカップで測定し、周波数成分を調べた。Csを導入する前に測定されたビーム電流は、軸磁場補正(AMFC)コイルをオフにすると、4MHzの周波数で変動した。AMFCを誘導するためのコイルを励起すると電圧が増加するにつれて、主変動周波数は2MHzに移った。イオン源にCsを導入するとH$$^-$$ビーム電流が増加し、AMFCのオン/オフ両方の場合で、4MHz成分がほぼ消失した。本発表では、Cs導入による4MHz成分の減少に関与する考えうる機構について議論する。

論文

Discoloration of RF antenna coil surface after long-term operation of J-PARC ion source

柴田 崇統*; 神藤 勝啓; 南茂 今朝雄*; 大越 清紀; 池上 清*; 小栗 英知; 石田 正紀*; 和田 元*

Journal of Instrumentation (Internet), 19(1), p.C01009_1 - C01009_8, 2024/01

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.00(Instruments & Instrumentation)

2020年11月から2021年4月までの間に3651時間(5か月間)のイオン源の連続運転を達成した。高周波イオン源の運転寿命は主にエナメル塗装した高周波アンテナの破損によって制限されるので、連続運転の更なる延伸を目指すためには、アンテナ表面の詳細な評価を行いその可否が必要となる。今回、5か月間運転した後の高周波アンテナの表面の変色をデジタル顕微鏡とエネルギー分散型X線分析装置搭載走査型電子顕微鏡(SEM/EDS)で調べた。EDS分析によって得られた材料マッピングと線スペクトルから、セシウムによってイオン源真空容器の壁表面がスパッタされたと思われる原子が付着していたことが示された。また、エナメル塗装の表面に付着したセシウム原子が、アンテナ変色の主要因であると考えられる。運転前後のアンテナの厚みの測定結果は、変色が表面に付着した材料によるという考えを支持するものであり、よってエナメル塗装によるアンテナのプラズマからの絶縁が維持されていると考えられる。運転後に行ったエミッタンス測定では、アンテナ表面への付着がイオン源内の高周波プラズマやイオン源より引き出されたビーム生成に影響を与えていないことが示された。

論文

324MHz高周波駆動の大強度負水素イオン源のマッチング回路の設計

神藤 勝啓; 柴田 崇統*; 和田 元*

Proceedings of 20th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.392 - 395, 2023/11

J-PARCなどの大強度陽子加速器施設やITERなどの中性粒子入射加熱施設で用いられている高周波負水素イオン源では、駆動周波数が1$$sim$$2MHzの高周波源を用いてイオン源内プラズマを生成している。我々はこれまでにこのような数MHz帯域の高周波源を用いたイオン源より引き出された負水素イオンビームが、駆動周波数またはその2倍高調波成分をもって揺動していることを示してきた。これは、イオン源内のプラズマ密度が高く、イオンプラズマ周波数よりも低い周波数の駆動周波数でプラズマを生成していることが原因である。そこで、我々はイオンプラズマ周波数よりも高い周波数、例えばJ-PARCリニアックの高周波源(クライストロン)の周波数(324MHz)でイオン源プラズマを生成した場合に、引き出された負水素イオンビームの揺動が抑えられると考えた。そのために、先ずは高周波源からの入力電力を損失無く、イオン源内プラズマに投入するための整合回路の設計を行った。本発表では、新たな高周波源を用いることを検討した経緯と整合回路の設計結果について報告する。

論文

Status of the laser stripping of H$$^{-}$$ beam at J-PARC RCS

Saha, P. K.; 原田 寛之; 米田 仁紀*; 道根 百合奈*; 佐藤 篤*; 柴田 崇統*; 金正 倫計

Proceedings of 20th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.59 - 63, 2023/11

To overcome the issues and practical limitations associated with the stripper foil used for the charge-exchange injection (CEI) of H$$^{-}$$ beam for high-intensity proton accelerators, we are studying a foil-less H$$^{-}$$ CEI by using only lasers at J-PARC RCS. To establish our principle, we are preparing for a POP (proof-of-principle) demonstration of 400 MeV H$$^{-}$$ stripping to proton by using lasers. We will use both IR and UV lasers in the process of H$$^{-}$$ stripping to protons. A prototype YAG laser system has been developed through experimental studies of 3 MeV H$$^{-}$$ neutralization. We have also developed a multi-reflection laser cavity system to sufficiently reduce the seed laser energy. We have succeeded for 32 reflections to gain on the laser energy up to 16 to obtain a neutralization fraction of 25%. To realize a perfect benefit of the cavity, we also recently developed higher efficient vacuum windows by which we can achieve the laser energy gain to almost 32, proportional to the number of reflections. As a result, the average power of the seed laser can be reduced to 1/32, which is more useful for the UV laser. The laser setup at the 400 MeV beam line is in progress to start POP experimental studies in 2024.

論文

J-PARC大強度高周波駆動負水素イオン源の運転状況

神藤 勝啓; 大越 清紀; 柴田 崇統*; 南茂 今朝雄*; 川井 勲*; 池上 清*; 上野 彰

Proceedings of 20th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.928 - 931, 2023/11

2014年秋よりJ-PARCで運用を開始した高周波駆動型大強度負水素イオン源の2022年秋から2023年夏までの運転状況について報告する。J-PARCでは、リニアックで50mAの負水素イオンビームを引き出すために、イオン源よりビームエネルギー50keVでビーム電流60mAのビームを生成・引き出している。これまで、J-PARCでは2022年夏までの運転で4001時間のイオン源連続運転を達成した。また、2022年秋より運転を再開した後、イオン源は年末年始や年度末の運転休止期間などを挟んで、2023年6月まで途中で交換することなく、1台のイオン源で運転を継続した。本発表では、J-PARC負水素イオン源の運転状況を報告する。また、イオン源グループで試験を進めている高周波プラズマ生成用のJ-PARC製内部アンテナの状況についても併せて報告する。

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