Reduction of the kicker impedance maintaining the performance of present kicker magnet at RCS in J-PARC

菖蒲田 義博; 入江 吉郎*; 高柳 智弘; 富樫 智人; 山本 昌亘; 山本 風海

Journal of Physics; Conference Series, 1067, p.062007_1 - 062007_8, 2018/10

https://doi.org/10.1088/1742-6596/1067/6/062007

J-PARCのRCSのキッカーにはコイルが内蔵されており、そこを流れる電流が作る磁場の力でビームを出射させている。このキッカーは4つの端子を持っており、その2つが電源側につながれ、残りの2つがショートしてある。ビームをRCSから出射させる時に必要なキッカーに誘起される電流値は、この特徴のために電源から供給される電流値の2倍となる。これは、ビームを出射させる上では、必要な消費電力を節約でき、キッカーの設置スペースを節約できるという利点を持つ。一方で、この特徴のためにビームが大強度化するに従って、キッカーを通過する際に励起する電磁場(インピーダンス)は、ビームを不安定にさせることが分かっている。このようなビーム不安定性への対策は、大強度での安定的なビーム利用運転をするために必要である。本レポートでは、現在のキッカーの持つパフォーマンスを維持しながら、ビームの不安定要因であるキッカーのインピーダンスを下げる新しい手法について紹介する。

Development of a new modular switch using a next-generation semiconductor

高柳 智弘; 植野 智晶*; 堀野 光喜*

Journal of Physics; Conference Series, 1067, p.082019_1 - 082019_6, 2018/10

https://doi.org/10.1088/1742-6596/1067/8/082019

Semiconductor switches using SiC-MOSFETs are expected to substitute the thyratron, and they are designed by connecting many semiconductor switches in parallel-series for high power operation. In order to suppress the common-mode noise caused by switching, it is common to form a symmetrical circuit. However, as the number of parallel connections in the horizontal direction increases, the length of the parallel circuit becomes longer, and the output waveform is distorted due to time lag between the circuits. Therefore, we propose a radially-symmetrical type module switch which can equalize the circuit length regardless of the number of parallel circuit. Even in circuit fabrication, it was easy for the radially-symmetrical type to make the distances of the parallel circuits equal, shorten the circuit length, and make the circuit impedance lower than the line-symmetrical type. It was confirmed that the radially-symmetrical type circuit is very useful for constructing multiple circuits. The design and preliminary test results of two types of switch circuits, radially-symmetrical type and general line-symmetrical type are presented here.

Study of a tuner for a high-accuracy bunch shape monitor

守屋 克洋; 川根 祐輔*; 三浦 昭彦; 二ツ川 健太*; 宮尾 智章*

Journal of Physics; Conference Series, 1067, p.072009_1 - 072009_3, 2018/09

BB2017-2165.pdf:0.7MB

https://doi.org/10.1088/1742-6596/1067/7/072009

J-PARCリニアックでは、ビーム縦方向分布を観測するバンチシェイプモニタ(BSM)の高精度化を行っている。ビームをワイヤに当てることで、ビームと同じ時間(縦方向)構造を持つ2次電子をワイヤから生成する。この電子を高周波電場を用いて縦方向の情報を横方向に移すことで縦方向分布を観測する。このとき高周波電場の周波数は加速周波数と同期させる必要がある。BSMのRFディフレクタは2本の電極から構成され、目的の周波数が共振周波数となるように電極長を変えることで実現する。しかし電極長の製作精度は0.5mmであるため、従来の調整方法では周波数設定精度は390kHzであった。今回新たにチューナとして円柱ブロックを挿入することで、共振周波数を高精度に調節できることが数値シミュレーション(CST Studio)の結果から判明した。具体的には円柱挿入量0.1mmに対してを25kHzまで調節可能となる。これにより、共振周波数の粗い調節を電極長を変えることで、細かい調節を円柱ブロックを挿入することで共振周波数を極めて高い精度で調節できるようになる。現在、このチューナ付きBSMの製作を行っている。今回の発表では数値計算結果について報告する。

Muon profile measurement after acceleration with a radio-frequency quadrupole linac

大谷 将士*; 須江 祐貴*; 深尾 祥紀*; 二ツ川 健太*; 河村 成肇*; 三部 勉*; 三宅 康博*; 下村 浩一郎*; 山崎 高幸*; 飯嶋 徹*; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 1067(5), p.052012_1 - 052012_7, 2018/09

https://doi.org/10.1088/1742-6596/1067/5/052012

RFQによって加速されたミューオンのプロファイル測定を行った。正ミューオンをアルミデグレータに入射し、負ミューオニウムを生成する。加速された負ミューオニウムはMCPとCCDカメラで構成されるプロファイルモニタに輸送される。測定された垂直方向のプロファイルはシミュレーションとよく一致した。このプロファイル測定はJ-PARCにおけるミューオン異常磁気モーメント測定への重要な一里塚となる。

Re-acceleration of ultra cold muon in J-PARC Muon Facility

近藤 恭弘; 長谷川 和男; 森下 卓俊; 大谷 将士*; 二ツ川 健太*; 河村 成肇*; 三部 勉*; 山崎 高幸*; 吉田 光宏*; 北村 遼*; et al.

Proceedings of 9th International Particle Accelerator Conference (IPAC '18) (Internet), p.5041 - 5046, 2018/06

https://doi.org/10.18429/JACoW-IPAC2018-FRXGBF1

J-PARCにおいて、ミューオニウムをレーザー電離して生成される超低速ミューオン(30meV)を再加速するシステムを開発中である。このようにして得られるミューオンビームは、ミューオンg-2実験で要求される低エミッタンスを満たす。J-PARC E34実験では、g-2を0.1ppmの精度で測定することを目指す。超低速ミューオンは、高周波四重極リニアック(RFQ)、交差櫛形Hモードドリフトチューブリニアック、ディスクアンドワッシャ結合セル型リニアック、円盤装荷型リニアックにより212MeVに加速される。その第一段階として我々は2017年10月に世界初となるRFQによるミューオン加速実験に成功した。本発表では、ミューオンリニアックの設計と加速実験の結果について述べる。

ORBIT simulation, measurement and mitigation of transverse beam instability in the presence of strong space charge in the 3-GeV RCS of J-PARC

Saha, P. K.; 菖蒲田 義博; 發知 英明; 原田 寛之; 林 直樹; 田村 文彦

Proceedings of 9th International Particle Accelerator Conference (IPAC '18) (Internet), p.620 - 623, 2018/06

https://doi.org/10.18429/JACoW-IPAC2018-TUXGBF4

The transverse impedance of eight extraction pulse kicker magnets (KM) is extremely strong source of transverse beam instability in the 3-GeV RCS (Rapid Cycling Synchrotron) at J-PARC. To realize the designed 1 MW beam power, collective beam dynamics with including the space charge effect for the coupled bunch instabilities excited by the KM impedance and associated measures were studied by incorporating all realistic time-dependent machine parameters in the ORBIT 3-D particle tracking code. The simulation results were all reproduced by measurements and, as a consequence, an acceleration of 1 MW beam power has been successfully demonstrated. In order to maintain variation of the RCS parameters required for multi-user and stable operation, realistic measures for beam instability mitigation were proposed in this study and also been successfully implemented in reality.

Measurement of displacement cross-section for structural materials in High-Power Proton Accelerator Facility

明午 伸一郎; 松田 洋樹; 岩元 洋介; 岩元 大樹; 長谷川 勝一; 前川 藤夫; 吉田 誠*; 石田 卓*; 牧村 俊助*; 中本 建志*

Proceedings of 9th International Particle Accelerator Conference (IPAC '18) (Internet), p.499 - 501, 2018/06

https://doi.org/10.18429/JACoW-IPAC2018-MOPML045

核変換システム等のハドロン加速器施設では、ビーム出力の上昇に伴いターゲット材料に対する損傷の評価が重要となる。加速器施設で用いられているターゲット材料等の損傷は、原子あたりの弾き出し損傷(DPA)が広く用いられており、カスケードモデルに基づく計算で得られた弾き出し損傷断面積に粒子束を乗ずることで評価されている。DPAによる損傷評価は広く一般的に用いられているものの、20MeV以上のエネルギー範囲における陽子に対する損傷断面積の実験データは数点しかなく十分でない。最近の研究において、タングステンの弾き出し損傷断面積が計算モデル間で約8倍異なることが報告されており、ターゲット材料の損傷評価のためには弾き出し損傷断面積の実験データ取得が重要となる。そこで、我々はJ-PARC加速器施設の3GeVシンクロトロン加速器施設を用い、弾き出し損傷断面積の測定実験を開始した。弾き出し損傷断面積は、冷凍機(GM冷凍機)で極低温(4K)に冷却された試料に陽子ビームを照射し、照射に伴う抵抗率の変化により得ることができる。本発表では、銅に3GeV陽子を入射する場合の弾き出し損傷断面積の測定結果を速報として報告する。

Commissioning of the diagnostic beam line for the muon RF acceleration with H ion beam derived from the ultraviolet light

中沢 雄河*; 飯沼 裕美*; 大谷 将士*; 河村 成肇*; 三部 勉*; 山崎 高幸*; 北村 遼*; 近藤 恭弘; 齊藤 直人; 須江 祐貴*

Proceedings of 9th International Particle Accelerator Conference (IPAC '18) (Internet), p.997 - 1000, 2018/06

https://doi.org/10.18429/JACoW-IPAC2018-TUPAK016

J-PARCにおけるミューオンg-2/EDM測定のためのミューオンリニアックを開発中である。我々はミューオンRF加速試験を2017年の10月と12月に行った。表面ミューオンビームを金属デグレーダに照射し、生成した負ミューオニウムをRFQによって90keVまで加速する。この加速試験に先立って、2つの収束電磁石と1つの偏向電磁石から成るビーム診断系のコミッショニングを行った。UV光をアルミ標的に照射することで生成する負水素イオンを疑似的なミューオンとして用いて各パラメータの設定を確認した。実際に用いる負ミューオニウムの生成量は極端に少ないため、このように事前にビームラインの特性を確認できることは実験成功に決定的な貢献となる。本発表ではこの負水素イオンを用いたビームラインの性能評価について述べる。

Tensile fracture test of metallic wire of beam profile monitors

三浦 昭彦; 川根 祐輔*; 守屋 克洋; 二ツ川 健太*; 宮尾 智章*; 福岡 翔太*

Proceedings of 9th International Particle Accelerator Conference (IPAC '18) (Internet), p.2183 - 2186, 2018/06

https://accelconf.web.cern.ch/ipac2018/doi/JACoW-IPAC2018-TUPAL021.html

J-PARCリニアックでは、ビーム運転中のロスを抑制するため、四極電磁石の電流値と加速空洞の振幅の精密な調整を行っている。これらは、ワイヤスキャナモニタを用いた、ビーム進行方向に鉛直な方向のプロファイル測定、及びバンチシェイプモニタを用いた、位相の拡がり測定に基づいている。これらのモニタでは、ビームを金属ワイヤに直接当てることで計測を行っているため、熱負荷の観点から、融点の高いタングステンを採用している。今後、ビーム電流が高くなると、ワイヤの到達温度が上昇するため、高温でも十分な引張強度が必要になる。そこで、小型の真空チャンバを製作し、ビームによる熱負荷を印加電流で模擬し、ワイヤにかける張力とワイヤ径をパラメータとしたワイヤ破断試験を実施した。この結果、ビーム電流が高くなると、現状の低い張力であっても破断する可能性が示された。ビーム電流が高くなった時、ワイヤにかける張力を低めにするか、太い径のワイヤにすればよいことが分かった。

Performance and status of the J-PARC accelerators

長谷川 和男; 林 直樹; 小栗 英知; 山本 風海; 金正 倫計; 山崎 良雄; 内藤 富士雄; 小関 忠; 山本 昇; 吉井 正人

Proceedings of 9th International Particle Accelerator Conference (IPAC '18) (Internet), p.1038 - 1040, 2018/06

https://doi.org/10.18429/JACoW-IPAC2018-TUPAL017

The J-PARC is a high intensity proton facility and the accelerator consists of a 400 MeV linac, a 3 GeV Rapid Cycling Synchrotron (RCS) and a 30 GeV Main Ring Synchrotron (MR). Regarding 3 GeV beam from the RCS, we delivered it at 150 kW in June 2017 to the materials and life science experimental facility (MLF), for the neutron and muon users. After the replacement of a target, we increased a power up to 500 kW. The beam powers for the neutrino experiment at 30 GeV was 420 kW in May 2016, but increased to 490 kW in April 2018. For the hadron experimental facility which uses a slow beam extraction mode at 30 GeV, we delivered beam at a power of 37 kW, after the recovery from a trouble at an electro static septum in June 2017. But we increased a power to 50 kW in January 2018. We have experienced many failures and troubles to impede full potential and high availability. In this report, operational performance and status of the J-PARC accelerators are presented.