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論文

High intensity single bunch operation with heavy periodic transient beam loading in wide band RF cavities

田村 文彦; 發知 英明; Schnase, A.*; 吉井 正人*; 山本 昌亘; 大森 千広*; 野村 昌弘; 戸田 信*; 島田 太平; 長谷川 豪志*; et al.

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 18(9), p.091004_1 - 091004_8, 2015/09

 被引用回数:1 パーセンタイル:84.56(Physics, Nuclear)

J-PARC RCSは2バンチ加速するように設計されているが、MLFの中性子実験やMRビームを用いたミューオン実験において、RCSでの大強度シングルバンチ運転が必要とされるようになった。シングルバンチ運転においては、広帯域RF空胴に生じる奇数次のウェーク電圧成分によりバケツの歪みが生じ、縦方向のビームロスを生じるために、ビーム強度は制限されていた。このため、奇数次のウェーク電圧成分を補償するために、追加のフィードフォワードシステムをインストールした。追加されたシステムは、偶数次のフィードフォワードシステムと同様の構成である。この論文では、追加のフィードフォワードシステムの機能、調整手法、調整結果の詳細について報告する。フィードフォワードによる奇数次成分の補償により、縦方向のビームロスが消失した。また、シングルバンチ加速でのビーム品質は、フィードフォワードによる補償によって、2バンチ運転のものと同様に保たれていることを、縦方向および横方向のビーム測定により確かめた。2.3$$times$$10$$^{13}$$ppbという大強度のシングルバンチ運転が可能となった。

論文

Helium-3 and Helium-4 acceleration by high power laser pulses for hadron therapy

Bulanov, S. S.*; Esarey, E.*; Schroeder, C. B.*; Leemans, W.*; Bulanov, S. V.; Margarone, D.*; Korn, G.*; Haberer, T.*

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 18(6), p.061302_1 - 061302_6, 2015/06

AA2015-0189.pdf:0.52MB

 被引用回数:9 パーセンタイル:26.51(Physics, Nuclear)

We show that He$$^{3}$$ ions, having almost the same penetration depth as He$$^{4}$$ with the same energy per nucleon, require less laser power to be accelerated to the required energy for the hadron therapy.

論文

Impedance of a ceramic break and its resonance structures

菖蒲田 義博; Chin, Y. H.*; 高田 耕治*

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 17(9), p.091001_1 - 091001_41, 2014/09

 被引用回数:4 パーセンタイル:55.88(Physics, Nuclear)

A new theory is developed to evaluate longitudinal and transverse impedances of any size of ceramic break that is sandwiched between metal chambers. The theory has been numerically compared with the codes ABCI and CST studio. Excellent agreements are obtained with both codes, in particular with ABCI. The theory successfully reproduces resonance structures of the impedance due to trapped modes inside the ceramic break, which are enhanced by the difference of the dielectric constants between the ceramic and the surrounding space. Moreover, the theory can evaluate the impedance of the ceramic break with Titanium Nitride coating. We discuss several characteristics of the impedances, especially the difference between the impedances of the ceramic break covered with and without a conductive wall on its outer surface.

論文

Optimization of electrode shape for stripline beam position monitors

菖蒲田 義博; Chin, Y. H.*

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 17(9), p.092801_1 - 092801_8, 2014/09

 被引用回数:1 パーセンタイル:85.28(Physics, Nuclear)

The exponentially tapered beam position monitor (BPM) has been proposed by Linnecar to produce a flat and wide-band frequency response for beam position signals. However, it still has a large ringing fluctuation on the amplitude of the transfer function. This paper aims at improving the overall characteristics of the transfer function. With the help from the window function theory, we investigate the correlation between the shape of the electrode and the resulting transfer function. Finally, we propose a polynomial shape for the electrode that provides a much flatter response function. Three-dimensional results using the CST STUDIO are also presented to demonstrate the validity of the polynomial shape even in more realistic conditions.

論文

Radiation reaction effects in cascade scattering of intense, tightly focused laser pulses by relativistic electrons; Classical approach

Zhidkov, A.*; 益田 伸一*; Bulanov, S. S.*; Koga, J. K.; 細貝 知直*; 児玉 了祐*

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 17(5), p.054001_1 - 054001_7, 2014/05

 被引用回数:9 パーセンタイル:31.68(Physics, Nuclear)

Nonlinear cascade scattering of intense tightly focused laser pulses by relativistic electrons is studied numerically including the classical radiation damping. The electron energy loss, along with its side scattering by the ponderomotive force makes the scattering in the vicinity of high laser field nearly impossible at high electron energies. The use of a second co-propagating laser pulse as a booster is shown to solve this problem.

論文

Experimental investigation of an optimum configuration for a high-voltage photoemission gun for operation at $$geq$$ 500 kV

西森 信行; 永井 良治; 松葉 俊哉; 羽島 良一; 山本 将博*; 本田 洋介*; 宮島 司*; 飯島 北斗*; 栗木 雅夫*; 桑原 真人*

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 17(5), p.053401_1 - 053401_17, 2014/05

 被引用回数:12 パーセンタイル:23.42(Physics, Nuclear)

We have demonstrated generation of a 500-keV electron beam from a high DC voltage photoemission gun for an energy recovery linac light source. This demonstration was achieved by addressing two discharge problems that lead to vacuum breakdown of the DC gun. One is field emission generated from a central stem electrode. The other is microdischarge at an anode electrode or a vacuum chamber, which is triggered by microparticle transfer or field emission from a cathode electrode. An experimental investigation has revealed that larger acceleration gap optimized to mainly reduce surface electric field of anode electrode results in suppression of the microdischarge events which accompany gas desorption. It has also been found that non evaporable getter pumps placed around the acceleration gap greatly help suppress those microdischarge events. The applied voltage as a function of the total gas desorption is shown to be a good measure to find the optimum DC gun configuration.

論文

Beam emittance control by changing injection painting area in a pulse-to-pulse mode in the 3-GeV rapid cycling synchrotron of Japan Proton Accelerator Research Complex

Saha, P. K.; 原田 寛之; 林 直樹; 堀野 光喜; 發知 英明; 金正 倫計; 高柳 智弘; 谷 教夫; 富樫 智人; 植野 智晶; et al.

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 16(12), p.120102_1 - 120102_11, 2013/12

 被引用回数:3 パーセンタイル:65.06(Physics, Nuclear)

In order to ensure desired extracted beam emittances in a multi user high intensity proton synchrotron, a pulse-to-pulse direct control of the transverse injection painting area is proposed and also been verified through experimental studies in the 3-GeV RCS of J-PARC. The RCS has to ensure two different transverse sizes of the RCS extracted beam for the MLF and MR for 1 MW operation. For that purpose, we have designed and installed two pulse steering magnets in the RCS injection beam transport line and are used for changing injected beam trajectory for a smaller painting area for the MR. The measured extracted beam profile for the MR is found to be narrower as compared to that for MLF and is also quite consistent with corresponding numerical simulations. It is thus confirmed that in a multi user machine beam parameters can be dynamically controlled and delivered as requested by the users even in simultaneous operation.

論文

Multiharmonic RF feedforward system for compensation of beam loading and periodic transient effects in magnetic-alloy cavities of a proton synchrotron

田村 文彦; 大森 千広*; 山本 昌亘; 吉井 正人*; Schnase, A.*; 野村 昌弘; 戸田 信*; 島田 太平; 長谷川 豪志*; 原 圭吾*

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 16(5), p.051002_1 - 051002_12, 2013/05

 被引用回数:3 パーセンタイル:65.06(Physics, Nuclear)

ビームローディング補償はJ-PARC MRでの大強度陽子加速において重要である。高電圧加速実現のため、Q=22の金属磁性体空胴が使用されている。空胴は単一ハーモニックで駆動されているが、空胴帯域には隣のハーモニクスも含まれるため、ウェーク電圧はこれら3つのハーモニック成分を持つ。これらの補償のために、RFフィードフォワード法を採用した。フルデジタルのマルチハーモニックフィードフォワードシステムを開発し、大強度ビームを用いて調整を行った。調整の結果、縦方向振動が減少し、大強度運転が可能になった。

論文

High-power test and thermal characteristics of a new radio-frequency quadrupole cavity for the Japan Proton Accelerator Research Complex linac

近藤 恭弘; 森下 卓俊; 長谷川 和男; 千代 悦司; 平野 耕一郎; 堀 利彦; 小栗 英知; 佐藤 文明; 篠崎 信一; 杉村 高志*; et al.

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 16(4), p.040102_1 - 040102_8, 2013/04

 被引用回数:7 パーセンタイル:41.96(Physics, Nuclear)

J-PARCリニアックのための新しいRFQ (RFQ II)の大電力試験を行った。RFQ IIは、運転中のRFQに放電問題が起きたため、予備のRFQとして開発された。まず、RFQ IIのコンディショニングが行われ、50時間のコンディショニング後に既定の330kW, 3%デューティで非常に安定になった。次に、RFQ IIは冷却水の温度を調整することで周波数を調整するので、熱的性質を測定した。周波数応答を測定し、FEMモデルと比較し、良い一致が得られた。時間応答もシミュレーションと実験で一致した。また、RF負荷を変えた時の電磁場の変化を調べ、問題ないことを確認した。

論文

Splash plasma channels produced by picosecond laser pulses in argon gas for laser wakefield acceleration

水田 好雄*; 細貝 知直*; 益田 伸一*; Zhidkov, A.*; 牧戸 啓悟*; 中新 信彦*; 梶野 祥平*; 西田 明憲*; 神門 正城; 森 道昭; et al.

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 15(12), p.121301_1 - 121301_10, 2012/12

 被引用回数:14 パーセンタイル:28.54(Physics, Nuclear)

Laser wakefield acceleration is capable of generating electron bunches with high quality: quasi-monoenergetic, low in emittance, and a very short duration of the order of ten femto-seconds. Such femtosecond bunches can be used to measure ultrafast phenomena. We conducted experiments for controllable electron bunch generation. Short-lived, $$sim$$10 ps, deep plasma channels, with their lengths of $$sim$$1 mm and diameters of $$sim$$20 $$mu$$m, are observed and characterized in Ar gas jets irradiated by moderate intensity, $$sim$$10$$^{15-16}$$ W/cm$$^2$$, laser pulses with a duration from subpicosecond to several picoseconds. The channels, upon 2D particle-in-cell simulations including ionization, fit well in the guiding of high intensity femtosecond laser pulses and, therefore, in laser wakefield acceleration with a controllable electron self-injection.

論文

Beam dynamics design of a new radio frequency quadrupole for beam-current upgrade of the Japan Proton Accelerator Research Complex linac

近藤 恭弘; 長谷川 和男; 森下 卓俊; Jameson, R. A.*

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 15(8), p.080101_1 - 080101_6, 2012/08

 被引用回数:6 パーセンタイル:53.66(Physics, Nuclear)

J-PARCリニアックのビーム電流増強のためのH$$^{-}$$ RFQ(RFQ III)のビームダイナミクス設計を行った。ボア半径及びヴェーン間電圧一定なコンベンショナルな設計手法に対応するように設計コードLINACSrfqDESを改良し、ジェントルバンチャでは、等分配の法則を適用した。粒子シミュレーションには、LINACSrfqSIMを用た。60mA規格化rmsエミッタンス0.20$$pi$$mm mradの粒子を入射したときに得られた透過率は、98.5%、出口での横エミッタンスは0.21$$pi$$mm mrad、縦エミッタンスは0.11$$pi$$MeV degであった。この結果は、RFQ IIIの要求を満たす。

論文

Beam loss reduction by injection painting in the 3-GeV rapid cycling synchrotron of the Japan Proton Accelerator Research Complex

發知 英明; 原田 寛之; 林 直樹; 金正 倫計; Saha, P. K.; 菖蒲田 義博; 田村 文彦; 山本 風海; 山本 昌亘; 吉本 政弘; et al.

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 15(4), p.040402_1 - 040402_15, 2012/04

 被引用回数:12 パーセンタイル:32.69(Physics, Nuclear)

J-PARC 3-GeVシンクロトロンは、2007年10月よりビーム試験を開始した。低電流ビームを用いた初期調整、基本試験を経て、2009年12月からペイント入射法の調整を含む本格的な大強度ビーム試験を開始した。このペイント入射は、入射ビームを位相空間の広い範囲に一様に分布させてビームの空間電荷密度を低減させる手法である。われわれは、このペイント入射法により、420kW相当の大強度ビーム運転時に出現した有意なビーム損失を1%以下に低減させることに成功した。

論文

Low-background prebunching system for heavy-ion beams at the Tokai radioactive ion accelerator complex

岡田 雅之*; 仁木 和昭*; 平山 賀一*; 今井 伸明*; 石山 博恒*; Jeong, S. C.*; 片山 一郎*; 宮武 宇也*; 小柳津 充広*; 渡辺 裕*; et al.

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 15(3), p.030101_1 - 030101_10, 2012/03

 被引用回数:1 パーセンタイル:87.28(Physics, Nuclear)

A novel beam-bunching technique has been implemented at a heavy-ion linear accelerator facility by installing a compact two-gap prebuncher and a multi-layer beam chopper. A pulsed beam of 2 to 4 MHz, having kinetic energy up to 1.1 MeV/u, is realized by bunching 2 keV/u continuous beams just upstream of the linac. Around 40% of the continuous beam particles are successively gathered in a single micro-bunch with a time width of around 15 ns in units of full-width at one-tenth maximum. The number of background beam particles over 250 ns just before the bunched beam is well suppressed to less than 10$$^{-4}$$ of the number of bunched particles. This technique has been adopted to generate intense $$alpha$$-particle beams for nuclear astrophysics experiments.

論文

First high-power model of the annular-ring coupled structure for use in the Japan Proton Accelerator Research Complex linac

青 寛幸; 山崎 良成

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 15(1), p.011001_1 - 011001_13, 2012/01

 被引用回数:7 パーセンタイル:48.64(Physics, Nuclear)

Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC)リニアック用、環結合型加速空洞(ACS)の試作空洞を製作し、要求性能を満たしうることを確認した。この試作空洞はバンチャーモジュールであり合計10セルが含まれている。ACS型空洞はハーフセルと呼ばれる部品を真空炉で銀ロウ付けすることによって組み立てられる。ACSでは加速セルが結合セルに覆われているため、それぞれの共振周波数をロウ付け前に、ロウ付けによる周波数変化を考慮しつつ超精密旋盤を用いて調整する必要がある。このバンチャー空洞の試作機では600kWまでの大電力投入に成功した。これは設計加速電場4.1MV/mの30%増しに相当する。本論文では、このバンチャー空洞の試作機における周波数調整及び大電力試験の結果について報告する。

論文

Multiharmonic RF feedforward system for beam loading compensation in wide-band cavities of a rapid cycling synchrotron

田村 文彦; 山本 昌亘; 大森 千広*; Schnase, A.; 吉井 正人*; 野村 昌弘; 戸田 信*; 島田 太平; 原 圭吾*; 長谷川 豪志*

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 14(5), p.051004_1 - 051004_15, 2011/05

 被引用回数:12 パーセンタイル:30.61(Physics, Nuclear)

J-PARC RCSでの大強度ビーム加速のためには、ビームローディング補償が必要である。RCSで使われる金属磁性体空胴はワイドバンドの特性を持つために、wake電圧は加速周波数だけでなく高調波の成分も持つ。このwake電圧を補償するために、マルチハーモニック ($$h=2,4,6$$を補償する)のRFフィードフォワードシステムを開発した。システムの機能について述べる。wakeをキャンセルするための、フォードフォワードの振幅及び位相パターンの調整方法は自明ではないが、調整手法を確立したので述べる。調整結果について述べ、また、フィードフォワードによるビーム運転の向上について述べる。

論文

Inverse Compton scattering of coherent synchrotron radiation in an energy recovery linac

島田 美帆*; 羽島 良一

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 13(10), p.100701_1 - 100701_5, 2010/10

 被引用回数:7 パーセンタイル:45.82(Physics, Nuclear)

コヒーレントシンクロトロン放射光(CSR)と電子ビームの衝突による逆コンプトン散乱を用いたX線, $$gamma$$線の発生を提案する。エネルギー回収型リニアックの高繰り返し、短パルス電子ビームはテラヘルツから赤外の領域で大強度のCSRを発生する。このCSRと後続の電子パルスを衝突させることで逆コンプトンX線, $$gamma$$線の発生が可能である。高エネルギー加速器研究機構で建設中のコンパクトERLの設計パラメータでは、1$$times$$10$$^{13-14}$$phs/s/b.w.10%のフラックスで0.1-1psのX線を発生できる。また、5-GeV ERLでは、1$$times$$10$$^{8}$$phs/pulse/b.w.10%のフラックスで10MeV領域の$$gamma$$線発生が可能となる。

論文

Measured and simulated transport of 1.9 MeV laser-accelerated proton bunches through an integrated test beam line at 1 Hz

西内 満美子; 榊 泰直; 堀 利彦; Bolton, P.; 小倉 浩一; 匂坂 明人; 余語 覚文; 森 道昭; 織茂 聡; Pirozhkov, A. S.; et al.

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 13(7), p.071304_1 - 071304_7, 2010/07

 被引用回数:24 パーセンタイル:15.39(Physics, Nuclear)

1.9MeVレーザー駆動陽子線のビームライン中に伝送した。ビームラインは、PMQ, RF cavity,monochrometerからなり、伝送の様子をPARMILAのシミュレーションによって再現した。このような試みは世界初のことである。ビームラインの最終端において、6nsのバンチ幅を道、5%のエネルギースプレッドを持つビームが10%の効率で検出された。この様子はPARMILAにより再現でき、PARMILAコードがレーザー駆動陽子線のビームラインの構築に使用できることを証明した。

論文

Eccentric-fluted beam pipes to damp quadrupole higher-order modes

沢村 勝; 古屋 貴章*; 阪井 寛志*; 高橋 毅*; 梅森 健成*; 篠江 憲治*

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 13(2), p.022003_1 - 022003_9, 2010/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:83.74(Physics, Nuclear)

空洞の四重極モードを減衰するための偏心フルート付きビームパイプを提案する。偏心フルートは四重極モードから双極モードへのモード変換器として作用する。偏心フルートのパラメータを最適化すると縮退した四重極モードの両方に対して十分な減衰効果を持つ。偏心フルート付きビームパイプを用いたローパワーモデル空洞での外部Q値の測定は電磁界シミュレーションコードMAFIAを用いた3次元計算の結果とよく一致している。

論文

Coupling impedances of a resistive insert in a vacuum chamber

菖蒲田 義博; Chin, Y. H.*; 高田 耕治*

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 12(9), p.094401_1 - 094401_19, 2009/09

 被引用回数:6 パーセンタイル:51.21(Physics, Nuclear)

抵抗性のインサートのインピーダンスの理論を作った。これにより、インサートの厚みがスキンデプスより極めて薄くても、ビームに伴う壁電流はインサートを流れ続け、ビームパイプの外側の環境からビームはシールドされることがわかった。つまり、抵抗性のインサートのインピーダンスは抵抗性チェンバーのインピーダンスに比べて一般的に大きくなることがわかった。

論文

Generation of stable and low-divergence 10-MeV quasimonoenergetic electron bunch using argon gas jet

森 道昭; 近藤 公伯; 水田 好雄*; 神門 正城; 小瀧 秀行; 西内 満美子; 加道 雅孝; Pirozhkov, A. S.; 小倉 浩一; 杉山 博則*; et al.

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 12(8), p.082801_1 - 082801_5, 2009/08

 被引用回数:21 パーセンタイル:18.74(Physics, Nuclear)

4TWレーザーを用いて、セルフインジェクション領域において生成される、準単色電子の安定性と発散角を調べた。アルゴンターゲットにおいて、ヘリウムの最適値の1/3以下の2.4mradのポインティング安定性と10.6mradの発散角を見いだした。このときの電子ビームのエネルギーピークは、アルゴン,ヘリウムそれぞれで8.5$$pm$$0.7MeV及び24.8$$pm$$3.6MeVであった。これらの実験結果は、同じ照射条件にもかかわらず、異なるターゲット材質を用いたことによって生じるレーザー伝搬の違いを示すものである。

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