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論文

Uniform beam distribution by nonlinear focusing forces

百合 庸介; 石坂 知久; 湯山 貴裕; 石堀 郁夫; 奥村 進

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.4149 - 4151, 2010/05

To achieve ultra-low-fluence large-area uniform irradiation of ion beams for advanced applications in the field of materials sciences and biotechnology, a uniform-beam irradiation system has been developed using multipole magnets at the Japan Atomic Energy Agency (JAEA) cyclotron facility. The system consists of a beam attenuator for the wide-range intensity control, an electrostatic beam chopper for the control of irradiation time, scattering foils for conditioning of the initial beam distribution, octupole magnets for transverse tail-folding, sextupole magnets for the correction of the beam misalignment, and the diagnostic station of the two-dimensional beam profile. In this paper, recent experimental results are described, especially on the formation of a beam with a uniform transverse distribution by the combination of the sextupole and octupole magnets.

論文

Design and shielding of a beam line from ELENA to ATRAP using electrostatic quadrupole lenses and bends

百合 庸介; Lee, E.*

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.4146 - 4148, 2010/05

The construction of the Extra Low ENergy Antiprotons (ELENA) upgrade to the Antiproton Decelerator (AD) ring has been proposed at CERN to produce a greatly increased current of low energy antiprotons for various experiments including, of course, anti-hydrogen studies. This upgrade involves the addition of a small storage ring and electrostatic beam lines. 5.3 MeV antiproton beams from AD are decelerated down to 100 keV in the compact ring and transported to each experiment apparatus. In this paper, we describe an electrostatic beam line from ELENA to ATRAP and magnetic shielding of the low-energy beam line against the ATRAP solenoid magnet. A possible design of this system is displayed.

論文

Design of an RF input coupler for the IFMIF/EVEDA RFQ linac

前原 直

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.3720 - 3722, 2010/05

In the design of prototype RFQ linac for the IFMIF/EVEDA Project, a coupled cavity type of RFQ, which has a longitudinal length of 9.78 m, was proposed to accelerate deuteron beam up to 5 MeV. The operation frequency of 175 MHz was selected to accelerate a large current of 125 mA in CW mode. The driving RF power of 1.28 MW by 8 RF input couplers has to be injected to the RFQ cavity. As the RF input coupler design, RF losses including RF vacuum windows, based on a 4 1/16 inch and 6 1/8 inch co-axial waveguide as well as RF coupling factor of a loop antenna with varied insertion depths using an RFQ model were calculated. In this conference, these results and thermal analysis results in CW operation mode will be presented in details.

論文

Control and pulsewidth-measurement of laser accelerated electron beams

小瀧 秀行; 林 由紀雄; 川瀬 啓悟; 森 道昭; 神門 正城; 本間 隆之; Koga, J. K.; Bulanov, S. V.

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.3608 - 3610, 2010/05

Laser wakefield acceleration (LWFA) is regarded as a basis for the next-generation of charged particle accelerators. In experiments, it has been demonstrated that LWFA 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. In applications of the laser accelerated electron beam, it is necessary to generate a stable electron beam and to control the electron beam. A 40 fs laser pulse with the energy of 200 mJ is focused onto a supersonic gas jet. We succeed to generate a stable electron beam by using a nitrogen gas target. The profile of the electron beam can be manipulated by rotating the laser polarization. When we use a S-polarized laser pulse, a 20 MeV electron beam is observed with an oscillation in the image of the energy spectrum. From the oscillation, the pulse width of the electron beam is calculated to at most a few tens fs. The direction of the electron beam can be controlled by changing the gas-jet position. The self-injected electron beam can be controlled by the control of the laser and gas jet.

論文

A Negative ion beam probe for diagnostics of a high intensity ion beam

神藤 勝啓; 和田 元*; 金子 修*; 津守 克嘉*; 西浦 正樹*; 笹尾 眞實子*; 木崎 雅志*

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.999 - 1001, 2010/05

大出力正イオンビームのプロファイルを診断するための新方式として、われわれは負イオンビームプローブシステムを提案した。IFMIFの2本の線形加速器は加速器駆動型中性子源として、各々が40MeV/125mA連続重陽子ビームを供給する。連続運転中は極大電流ビームと高放射線レベルのために、ビーム光学やメンテナンス等の観点からビーム輸送系で通常の診断方式による測定は困難である。高エネルギー粒子との衝突により容易に付加電子が脱離する負イオンのビームを正イオンビームに対して遠方より垂直に入射して、ビーム=ビーム相互作用による負イオンビームの減衰量を各位置で調べることにより、ビームプロファイルを診断することが可能になる。われわれは平成21年度よりこの新しいビームプロファイルモニターシステムの原理検証実験を開始した。本発表では、その実験原理及び方法、本研究のために製作したシート状ビーム生成用水素負イオン源の性能評価とともに、IFMIFビーム輸送系への応用の見通しについて報告する。

論文

Present status of the MPS and TS for IFMIF/EVEDA accelerator

高橋 博樹; 小島 敏行; 堤 和昌; 成田 隆宏; 榊 泰直; 前原 直

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.2695 - 2697, 2010/05

IFMIF加速器、及び、その原型加速器の制御システムはCCS, LAN, PPS, MPS, TS, LCSの6サブシステムで構成される。現在、原型加速器で実証するための、制御系サブシステムの設計、及び、試作を行っている。IFMIF原型加速器は、J-PARC, SNSと同出力の大強度重陽子加速器である。そのため、制御システムには、特に、高速なビーム停止機構を実現するためのMPSや、装置の放射化を最小限にするようなコミッショニング運転を実現するためのTSが要求される。これを実現するために、2010年9月からEUにて実施されるInjectorの試験に併せて、MPS及びTSの試作機器の試験を実施し、その試験結果を評価する。そして、IFMIF原型加速器で使用する制御系実機の設計・製作に反映させる予定である。本件では、EUで行う試験のために、現在開発を進めているTSのモジュールや、MPSとTSの遠隔監視・操作を実現するためのEPICSドライバの開発状況を報告する。

論文

Application of digital narrow band noise to J-PARC Main Ring

Schnase, A.; 田村 文彦; 小関 忠*; 冨澤 正人*; 外山 毅*; 吉井 正人*; 大森 千広*; 野村 昌弘; 山本 昌亘; 戸田 信*; et al.

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.1446 - 1448, 2010/05

Applying narrow band noise to the beam in J-PARC Main Ring in flattop, while the acceleration voltage is off helps to counteract the effect of ripple on the slow extraction. For this purpose, a complex noise sequence output by DSP modulates a custom made DDS synthesizer to create single side spectra without carrier. The noise is calculated starting from a description in frequency domain. An algorithm creates narrow band spectra with optimized behavior in time domain. Frequency domain data is transformed to time domain, and the amplitude is smoothed. The smoothed data is transformed back to frequency domain, and the spectral shape is restored. This process repeats until the amplitude in time domain has converged, while the desired spectrum shape is preserved. Noise generated in this way can be tailored for different requirements. We show the signal properties, the hardware, and preliminary beam test results, when the noise is applied (a) to the MR RF system, and (b) to the horizontal exciter system.

論文

Dual-harmonic phase control in the J-PARC RCS

田村 文彦; Schnase, A.; 吉井 正人*; 大森 千広*; 山本 昌亘; 野村 昌弘; 戸田 信*; 鈴木 寛光; 島田 太平; 原 圭吾*; et al.

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.1443 - 1445, 2010/05

J-PARC RCSでは広帯域のRF加速空胴が用いられ、一つの空胴を基本波と2倍高調波の重ね合わせで駆動するデュアルハーモニック運転が行われる。デュアルハーモニック運転により、追加の空胴なしにバンチ整形のための2倍高調波を大振幅で発生させることができる。2倍高調波の位相制御はバンチ整形のために重要である。基本波の位相はシンクロトロン振動をダンプするために位相フィードバックループにより制御される。2倍高調波は、11台の空胴の基本波のベクトル合成位相にロックされる。システムの詳細及び実際の運転について報告する。

論文

Stabilization of laser accelerated electron bunch by the ionization-stage control

森 道昭; 神門 正城; 小瀧 秀行; 林 由紀雄; 川瀬 啓悟; Bulanov, S. V.; 小倉 浩一; Pirozhkov, A. S.; 近藤 公伯; 杉山 僚; et al.

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.4062 - 4064, 2010/05

The pointing stability and the divergence of a quasi-monoenergetic electron bunch generated in a self-injected laser-plasma acceleration regime were investigated. Gas-jet targets have been irradiated with focused 40 fs laser pulses at the 4-TW peak power. A pointing stability of 2.4 mrad root-mean-square (RMS) and a beam divergence of 10.6 mrad (RMS) were obtained using argon gas-jet target for 50 sequential shots, while these values were about three times smaller than at the optimum condition using helium. In particular, the peak electron energy was 9 MeV using argon, which is almost three times lower than that using helium. This result implies that the formation of the wake-field is different between argon and helium, and it plays an important role in the generation of a electron bunch. This stabilization scheme is available for another gas material such as nitrogen. At nitrogen gas-jet target, the pointing stability is more improved to 1.4 times smaller (1.7 mrad (RMS)) than that in argon gas-jet target and the peak energy is increased to grater than 40 MeV. These results prove that this method not only stabilize the e-beam but also allows controlling the electron energy.

論文

Measurement of the parametric X-rays with the rocking curve method

林 由紀雄; 神門 正城; 小瀧 秀行; 川瀬 啓悟; 本間 隆之; Bulanov, S. V.

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.208 - 210, 2010/05

パラメトリックX線は単色X線を生成する有用な手法である。X線は高エネルギー電子と結晶との相互作用により生成され、X線の波長と放出方向はブラッグ条件に従う。そのため任意のエネルギーのX線を容易に生成できる。このエネルギー調整の簡便さゆえに、さまざまな応用に適している。われわれはロッキングカーブ法を応用して、10keVのパラメトリックX線測定を行った。このスキームでは、複数のパラメトリックX線の光子を同時に検出できるので、パラメトリックX線の有無を速やかに確認できる。われわれはマイクロトロン加速器と結晶を用いて、シャープなピークを確認した。ブラッグ角でこのピークが確認できたことから、パラメトリックX線であると考えている。

論文

The Data acquisition system of beam position monitors in J-PARC main ring

畠山 衆一郎; 林 直樹; 荒川 大*; 橋本 義徳*; 平松 成範*; 小田切 淳一*; 佐藤 健一郎*; 手島 昌己*; 飛山 真理*; 外山 毅*; et al.

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.2698 - 2700, 2010/05

J-PARC主リングのビーム位置モニタのデータ処理システムは186台のLINUXベースのデータ処理回路(BPMC)と12台のEPICSの入出力コントローラ(IOC)から構成されている。これらはビームの閉軌道の歪み(COD)や1周ごとのビームのバンチの位置を測定するために重要なツールである。このレポートではさまざまな校正係数がどのようにあてはめられているかも含めてデータから位置情報への再構成の方法を述べる。

論文

Status and progress of the J-PARC 3-GeV RCS

金正 倫計

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.627 - 629, 2010/05

J-PARC 3GeVシンクロトロンは、2008年12月23日から物質生命科学実験施設(MLF)向けに供用運転を開始した。50GeVシンクロトロン(MR)へのビーム供給も同時に行っている。これらの同時運転は、大強度かつ高安定度で実施されており、現在のところ、MLFには100kW以上のビームを供給している。これらビーム供用運転を行うとともに、将来のビーム増強のために、ビーム試験も併せて実施しており、2009年12月7日は、300kW以上のビーム運転に成功した。これらの成果と解決すべき課題について報告する。

論文

Intrabeam scattering at low temperature range

Yu, P.*; He, Z.*; Wei, J.*; Sessler, A. M.*; 岡本 宏巳*; 百合 庸介

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.1943 - 1945, 2010/05

In the process of beam cooling, the main heating source is intra-beam scattering (IBS), in which Coulomb collisions among particles lead to a growth of the beam's 6D phase-space volume. The results of molecular dynamics simulations have shown an increase of heating rate as the temperature increases from absolute zero, then a peak in the heating rate, and subsequent decrease with increasing temperature. On the other hand, in the traditional IBS theory, heating rate increases monotonically as the temperature becomes lower and lower. In this paper, we attempt to extend the traditional IBS theory valid at high temperatures to relatively low temperature range, by including some many-body effects in the traditional IBS theory. In particular, we take into account the static and dynamic effect of the self-electromagnetic field of the beam. We shall show how these effects modify the traditional theory, and present the evaluation of IBS heating rate of an ion beam in the low temperature range.

論文

High-voltage test of a 500-kV photocathode DC gun for the ERL light sources in Japan

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

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.2341 - 2343, 2010/05

原子力機構, 高エネルギー加速器研究機構,広島大学,名古屋大学の共同研究により500-kV, 10-mA光陰極直流電子銃を開発している。われわれはサポートロッドから放出される電子によるセラミック管の損傷を防ぐために分割型セラミック管とガードリングを採用し、550kVまでの高電圧の印加に成功した。カソード電極,アノード電極及びビームラインは現在組立て中であり、まもなくビーム試験が開始される見込みである。高電圧試験と電子銃開発の現状の詳細について報告する。

論文

Beam loss of J-PARC rapid cycling synchrotron at several hundred kW operation

山本 風海; 林 直樹; 發知 英明; Saha, P. K.; 原田 寛之; 吉本 政弘; 佐伯 理生二; 畠山 衆一郎

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.2842 - 2844, 2010/05

J-PARC施設中の早い取り出しの3GeVシンクロトロン(RCS)は、2009年10月から100kW以上の陽子ビームを中性子ターゲットに連続的に供給している。また、12月10日に1時間、300kWという大強度のビーム加速試験を行い成功させた。これらの経験を通して、大強度運転時の幾つかの問題が発覚したため、それらの問題と運転終了後の残留線量の状況を報告する。

論文

Status of the J-PARC RFQ

長谷川 和男; 小林 鉄也; 近藤 恭弘; 森下 卓俊; 小栗 英知; 堀 洋一郎*; 久保田 親*; 松本 浩*; 内藤 富士雄*; 吉岡 正和*

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.621 - 623, 2010/05

J-PARCリニアックでは、RFQを使用してイオン源からの水素負イオンビームを50keVから3MeVへ加速し、DTLへ入射している。リニアックは2006年11月にビーム試験を開始し、2007年9月には後段の加速器である3GeVシンクロトロンにビーム供給を開始するなど、順調に推移してきた。2008年9月から物質・生命科学実験施設(MLF)へビーム供給試験を開始したところ、RFQのトリップ回数が増加し、空洞の設計電界強度の維持が困難になる問題が顕在化したため、その対応策として、真空系や診断系の増強などを行った。定期的なコンディショニングを行い、2009年6月には3GeVシンクロトロンからMLFへの20kWの共用運転、11月には120kWの共用、300kWで1時間の供給試験に成功するなど、RFQの性能は着実に回復してきた。ここでは、こうしたJ-PARC RFQの状況と改善について述べる。

論文

Condition of MA cores in the RF cavities of J-PARC synchrotrons after several years of operation

野村 昌弘; Schnase, A.; 島田 太平; 鈴木 寛光; 田村 文彦; 山本 昌亘; 絵面 栄二*; 大森 千広*; 原 圭吾*; 長谷川 豪志*; et al.

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.3723 - 3725, 2010/05

J-PARCでは、金属磁性体コアを用いたRF空胴を2007年から運転を行ってきた。コアの状況を把握するために、メンテナンスのための加速器の停止期間ごとに空胴のインピーダンスの測定を行ってきた。その結果、2009年1月と6月に2度のインピーダンスの低下が観測された。空胴を解体し調査したところ多くのコアで座屈が観測された。会議では、座屈とインピーダンス低下の関係や座屈の状態について発表する。

論文

First step analysis of hybrid type boron-doped carbon stripper foils for RCS of J-PARC

山崎 良雄; 吉本 政弘; 竹田 修; 金正 倫計; 菅井 勲*

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.3924 - 3926, 2010/05

J-PARCでは、RCSにビームを入射するためにリニアックから供給されるH$$^-$$ビームから電子をはぎ取るための比較的厚い荷電変換カーボンフォイルが必要である。必要となるフォイルの厚みは200$$mu$$g/cm$$^2$$程度で、この厚さは181MeVのH$$^-$$ビームからH$$^+$$への変換効率が99.7%に対応する。この目的のために、従来のカーボンにボロンをドープしたハイブリッドボロン添加カーボンフォイル(HBC)を開発し、フォイルの使用可能な寿命の大幅な改善ばかりでなく、長時間のイオンビーム照射中の高温度使用下でもフォイル厚さの減少や変形が起こりにくいフォイルとして確立された。そこで、われわれはこのカーボンフォイルにボロンをドープすることでなぜフォイルがビームに対し耐性を持つかを微視的観点から研究を始めた。まず、通常のカーボンフォイルとHBCフォイルを電子顕微鏡やイオンビーム分析による比較を試みた。

論文

Thermal characteristics of a new RFQ for J-PARC

近藤 恭弘; 長谷川 和男; 森下 卓俊; 松本 浩*; 内藤 富士雄*

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.780 - 782, 2010/05

J-PARCリニアックのより安定な運転のための新しいRFQが建設中である。このRFQの要求性能は、現用のものとほぼ同じで、周波数324MHz,入射エネルギー50keV,出射エネルギー3MeV,ピーク電流30mAでRFデューティー1.5%である。運転中の周波数調整は、冷却水温度を調整して行う。ヴェーンと空洞壁の冷却水温を変化させて周波数調整範囲を有限要素法モデルを用いて調べたところ、ヴェーンでは0.35MHz、空洞壁では280MHzの調整範囲が得られることがわかったが、トランジェント解析で、ヴェーン水温を変化させたほうが周波数変化が小さいことがわかった。この論文では、このRFQの熱的性質と冷却水温の制御システムについて述べる。

論文

Beam based alignment of the beam position monitors at J-PARC RCS

林 直樹; 原田 寛之; 發知 英明; 外山 毅*; 手島 昌己*

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.1005 - 1007, 2010/05

J-PARC RCSは、MWクラスの速い繰返しのシンクロトロンで、ダクトのアパチャーは、直径250mm以上で設計された。このように大きなチェンバーサイズにもかかわらず、BPMは、光学パラメータを決めるため精度良いデータを提供している。この目的には、相対位置精度,分解能が重要であるが、さらに高いビーム強度のためには、ビームの絶対位置と精密なCOD補正が必須である。BPM検出器は、注意深く据付られているが、ビームを使った絶対位置測量が必要である。もし、個々の四極電磁石が独立に制御できれば、簡単なBBA手法が使えるが、RCSではそうではない。RCSには、7つの四極電磁石ファミリーがあり、一度にはファミリーごとにしか制御できない。われわれは、従来の手法を複数の四極電磁石が変わる場合でも適用できるように発展させ、RCSに適用した。ここでは、この手法と実験的結果について述べる。

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