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原田 寛之; 林 直樹
JPS Conference Proceedings (Internet), 33, p.011027_1 - 011027_6, 2021/03
ベータトロン振動数(チューン)は、リング加速器において最も重要なパラメータのうちの一つである。なぜなら、チューンがある条件を満たす場合ベータトロン共鳴により振幅が増大し直接ビーム損失に繋がるからである。特に大強度陽子加速器では、空間電荷力によるチューン拡がりやビーム不安定性による大きなビーム損失と成り得るため、高精度での調整が求められる。一般的な測定手法では、チューンはリングを周回するビーム重心の振動を検出し、そのデータを周波数解析することで導出している。しかしながら、高繰り返しのシンクロトロンでは速い加速と共に周回周波数も急激に変化するため、測定精度が向上しなかった。本研究では、測定したチューンを移動平均化することで高精度にチューンを求める新たな解析手法を考案し、J-PARC加速器で実証した。従来手法におけるチューン精度は6.40に対して0.013の測定精度であったが、新手法では0.001以下の測定精度となった。これにより高精度なチューン制御が可能となり、大強度出力の礎となった。本発表では新手法の紹介とJ-PARCにおける実測結果を報告する。
發知 英明; 原田 寛之; 岡部 晃大; Saha, P. K.; 菖蒲田 義博; 田村 文彦; 吉本 政弘
加速器, 16(2), p.109 - 118, 2019/07
RCSのようなMW級の大強度陽子加速器では、ビーム損失により生じる機器の放射化がビーム出力を制限する最大の要因となる。RCSでは、ビーム損失の原因となる様々な効果(空間電荷効果,非線形磁場,フォイル散乱等)を取り込んだ高精度の計算モデルを構築し、数値シミュレーションと実験を組み合わせたアプローチでビーム損失の低減に取り組んできた。計算と実験の一致は良好で、計算機上で、実際に発生したビーム損失を十分な精度で再現できたことは画期的なことと言える。数値シミュレーションで再現したビーム損失を詳細に解析することで、実際の加速器で起こっている現象を十分な確度で理解することが可能になっただけでなく、それを低減するためのビーム補正手法を確立するのに数値シミュレーションが重要な役割を果たした。ハードウェアの改良と共に、こうした一連のビーム力学的研究により、1MW設計運転時のビーム損失を10
という極限レベルにまで低減することに成功している。本稿では、ビーム増強過程で問題になったビーム損失について、その発生機構や解決方法を報告すると共に、その際に数値シミュレーションが果たした役割について具体例を挙げて紹介する。
原田 寛之; 發知 英明; 五十嵐 進*; 佐藤 洋一*; 小関 忠
JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.012012_1 - 012012_6, 2015/09
J-PARC 50GeV MRでは、30GeVのビームエネルギー、繰り返し2.48秒サイクル、上段の加速器であるRCSから380kW相当の粒子数入射によって、240kWのビーム出力を達成している。繰り返しを速くし、RCSから600kW相当の粒子数を入射することによって、MRから750kWのビーム出力を目標としている。その目標に向けて、新タイプの電磁石電源や高いインピーダンス特性を持つコアの開発を進めている。RCSでは、2014年夏のメンテナンス作業後の10月より設計出力である1MWのビーム出力の調整を開始する。MRにおけるより高いビーム出力に向けて、現在いくつかの選択肢を検討している。その一つとして、RCSとMRの間に新たに8GeVシンクロトロンを設置する案である。8GeVシンクロトロンでさらに加速させ、MRへの入射エネルギーを増大させる。それにより、ビーム出力を制限するビームロスの低減へとつながる空間電荷効果の緩和や小ビームサイズ化を実現させる。本発表では、MRにおける数MWのさらに高いビーム出力を達成するために新たに設計された8GeVシンクロトロンのビーム入射・出射システムを報告する。
原田 寛之; 明午 伸一郎; 白形 政司*; 佐藤 洋一*; 田村 文彦; 手島 昌己*; 橋本 義徳*; 五十嵐 進*; 小関 忠
JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.012010_1 - 012010_6, 2015/09
J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)は、1MWのビーム出力を目指している。ビームロスの起源となり得る空間電荷効果などは、ビーム出力が増大するにつれて増大する。それは、制御不能なビームサイズの増大を引き起こし、最終的に制御不能なビームロスへとつながる。3GeVシンクロトロンの下段の加速器である主リング(MR)へのビーム輸送ラインにおいて、ビームコリメータを設置して、それらを活用し、不要に増大したビームを排除することが、MRのビーム出力増強に向けて必須となる。そのコリメータの能力を十二分に発揮させるためには、コリメータが設置している領域において、ビーム光学系を測定し、高精度に調整することが求められる。特に、ビーム運動量の広がりに対してビームサイズが変化する分散関数やビーム巾を決めるベータ関数のような光学系の調整はとても重要である。本発表では、ビーム輸送ラインにおける光学測定の手法を紹介し、シミュレーションに基づく、ビーム光学系の測定ならびに調整結果を報告する。
地村 幹; 山田 逸平; 小島 邦洸
no journal, ,
大強度イオン加速器の初段部のようにビームの密度が高く、ビームが遅い領域においては、ビーム自身の作る電場から短距離で大きな力積を受け取る。この電場によってエミッタンスと呼ばれるビームの位置および運動方向の分散が増大するため、加速器のビーム透過率の悪化や放射化を増大させる要因となる。そこで、大強度イオン加速器の初段部では、ビームがダクト内のガスと衝突し、ガスを電離することで発生した正イオンがビーム作る電場を自発的に中和する現象である空間電荷中和が積極的に利用されている。一方、大強度イオン線形加速器J-PARCリニアックにおいては、シート状のガスをビーム軌道上に導入し、ビームとガスの相互作用によってビーム分布を測定することを目的としたガスシートモニタが利用されている。J-PARCリニアックの3MeV中間エネルギービーム輸送路(MEBT1)では、通常、空間電荷中和を利用していないが、ガスシートを導入することで空間電荷中和とみられるエミッタンスの改善が報告されている。本報告では、MEBT1をモデルとした数値計算によって、その特性の評価を実施することで空間電荷中和の過程を明らかにし、その結果を元に計算モデルを提案する。
