THOL02 第 12 回加速器学会年会 (2015/8/6) 1MW 大強度核破砕中性子源での ビーム平坦化技術開発 明午伸一郎 1), 大井元貴 1), 圷淳 1), 池崎清美 1), 池崎清美 1), 川崎智之 1), 西川雅章 1) 福田昌平 1), 藤森寛 2) 1) JAEA/J-PAR

1MW

大強度核破砕中性子源での

ビーム平坦化技術開発

明午　伸一郎

1)

_{, 大井　元貴}

1)

_{, 圷　淳}

1)

_,

池崎　清美

1)

_{, 池崎　清美}

1)

_{, 川崎　智之}

1)

_{, 西川　雅章}

1)

福田　昌平

1)

_{, 藤森　寛}

2)

1) JAEA/J-PARC, 2) KEK/J-PARC

THOL02　第12回加速器学会年会(2015/8/6)

内容

 

はじめに

l

 

J-PARC核破砕中性子源とミュオン源

l

 

ビーム輸送施設　

3NBT

 

非線形オプティクスを用いたビーム平坦化技

術開発

l

 

SADを用いたビーム調整ツールの開発

l

 

0.8MWビームを用いた実験

l

 

ビーム運転の現状・今後

Ｄ１

ニュート リノ分岐点

Ｍ１

ニ ュートリノ ラック ニュートリノ ラック ＮＣ １ ３，５００ サブトンネルＣ ＳＭ１ＳＴ１ ＳＭ２ ＳＴ２ ＳＴ３ＳＴ４ ＵＤ１ ＵＱ３ ＵＱ１ ＵＱ２ ＵＶ１ ＵＶ２ ＵＨ３ ＵＨ２ ＵＱ４ ＵＱ５ ＵＤ２ ＵＨ１ ＷＣ 適当な広さ 地 上ラック 地下共同溝

Ｍ３

ＰＤ１ １ ． ９ ２ 　ｄ ｅｇ ． 　 ｂ ｅ ｎ ｄ ＰＤ１

Ｄ１

｛Ｔ

Ｐ

＋

９

ｍ

｝

１ ５ ７ ， ５ ０ ０ 冷凍機室 制御室 コンプレッサー室

ＮＭ１

ＮＤ１

出入管理 ＷＣ サブトンネルＢ 電源棟 ５，８００ ｛ｌ／ｍｉｎ｝（_{低温設備）} 　９８０｛ｌ／_{ｍｉｎ｝（磁} 石電源） 低温棟 電気室 電気ヤード 機械ヤード バッファタンク カードル置場 窒素タンク_ヤード 放出用バ_{ッファタンク}

＋

６．

２

７．

０％

＋９．０

５．０％

低温配管 PQ4B PH3 PQ5PV2 PV1PQ3B PQ4A ニュートリノ ラック PQ2B PQ3APD21 .9 2 d eg. be n d PD1 PQ1 1 .9 2 d eg. be n d PQ2A

EX

PH2PH1 D1

0.32°

1.47°

1.31°

0.99°

25,0₀₀ 53,0 00 40,000

ビーム軸

45,0₀₀

S

K

真西

50GeV extraction

_{sectionから90°}

前置検出器

TP

+9

m

24,00 0 12 ,000 μピット 測定室 μ ピ ッ ト ２ μ ピ ッ ト 機 械 室 デ ィ ケ イ ・ ト ン ネ ル ヤード FQ3A FV2 FQ4 FV1 FQ 3B FH2 FQ 2B FQ2A FH1 FQ 1 ＮＭ２ Ｈｏ ｒｎ１ Ｈｏ ｒｎ２

ＮＤ２

電源室 ＤＤ２ ＤＤ１ ＤＱ２ ＤＱ１ ＤＳ Ｈ ＤＳ Ｖ ＤＤ３ ＤＱ３ ＤＱ４ シャッ ター サブトンネル C 電源ヤード 電気室 ＮＣ １ ＷＣ 適当な広さ 冷却棟 Amp. RF QDX Amp. R F Amp . R F Amp. RF Amp. R F Amp . R F Amp. RF SM1 QDX

SM

3

D3

特別高圧

変電所

Amp. RF QDX Amp. R F Amp . R F Amp. RF Amp. R F Amp . R F Amp. RF SM3 SM2SM2 SM2 SM3 SM3 Bump3 Bu mp4 QDX QFN QFN QF X QF X QD N QDN QDX QFN QFN QFX QFX QD N QDN QDX QFN QFN QF X XQF QDN QD N QDX QFN QFN QFX QFX QD N QDN QDX QD X QF N QFN QFX QFX QD N QDN QFN Q FN QFX QFX QDN QD N QDX QD X QFN QFN QFX QFX QDN QDN QF N QFN QFX QFX QDN QDN

FW

G

SM2

D3

M2

C2

QFN QFN QF X XQF QDN QD N QFN QFN QFX QFX QD N QDN

SM

3

D3

M2

QFT QF R QD R QFR QD T QFP QF T QDS QFS Y02 QX5 Y01 X01 X02 B01 PB QX4 QX2 QX1 QX3 Y19 QV7 X04 Y04 B1D X07 B1U Y06 X06 QA4 X05 Y05 QV1 QA5 QV6 Y08 X08 Y09 X09 QV2 QV3 QV5 QA2 QX8 DMG1 QX6 QX7 X03 QX9 QX10 Y03 B02 QA1 QA3 QH5 X14 QB7 X12 X11 Y10 X10 Y11 Y12 BH2 X13 Y13 BH3 Y14 BH1 QH1 QH2 QH4 QH3 QB5 QB2 QB1 QB3 QB4 QB6 QC6 Y15 X15 BH4 X16Y16 QC3 QC2 QC1 QC4 QC5 X18 Y17 X17 Y18 X19 QC7 QC8 主トンネル QC9 QC10 QN1 X21 X20Y20 QC11 QC12 Y21 QNQ2 QNQ1 QM1 QM2 Y22 X22 X23 Y23 QN2 QN3 QN4 ターゲット Ｃ Ｌ １９２ ９６ １３５ 設備コ ントロー ル室 １５ ８ ８ １３６ ３８４ ２３ ８ １５１５ ６７ ５６ １０ ６７ ６７ 打合せ 室（２） 仮眠室 ＷＣ 電気室 ＷＣ シャワ − 室 コント ロール室 通　路 計算機 室 コピー室 放射線 監視室 玄関ロ ビー 風除室 倉庫 給湯室 受付 打合せ 室（１） 風除室 UP（ビー ムラ_イン TP+3.2〜 TP+8.0） Bump2 Bump1 Bump5 Bump4 Bump8 Bump7 Bump6 Bump3 中央制御棟 ﾋﾞｰﾑﾀ ﾞﾝﾌﾟ Y07 QV4 クレー ン走行範囲 − ＳＡＮＳ Ｉ Ｈ 　 ・ ＵＰ ＵＰ ＵＰ ＤＮ ＵＰ 搬入口

0

50

100m

出入 管理 室 コ ールド 冷却 水機械 室 電源 室 玄関 管理 階段 室 非管 理 階段 室 便所 SQ3060 Q2260*2Q2260*2Q2260*2Q2260*2 D16150_7_5D16150_7_5D16150_7_5 D16150C D16150-80 SQ3060SQ3060SQ3060SQ3060SQ3060SQ3060SQ3060SQ3060SQ3060SQ3060SQ3060SQ3060 Q2260*2 分電 盤 ダクト Q 2 61 00 M IC S Q 30 6 0 Q 2 26 0* 2 S3060*3S3060*3S3060*3Q2260*2Q2260*2 配管ピ ッ ト F L- 40 0 配管ピ ッ ト F L- 60 0 配管ピ ッ ト F L- 40 0 S2260*8S2260*8 情報表示端末 パーテ ィ ショ ン入域ゲート 体表面モニタ 搬出物品モニタ 身体汚染発生時の サーベイ スペース タ ーミ ナルコ ン トロ ーラ 手洗器 ダムウェーター 能力100kg 手洗器 手洗器 D16150C 電源 室 サン プ リン グ設備 室ﾛｰｶﾙ系、ｽﾀｯｸ系ﾍｯﾀﾞ ｶﾞｽ 、排気ﾓﾆﾀ D16150_7_5D16150-80 ﾙｰﾂﾌﾞ ﾛｱ制御盤ﾙｰﾑ系ﾍｯﾀﾞ ﾙｰﾂﾌﾞ ﾛｱ P 1 01 - D 5 0k g 6 5A 　F L +7 00 (B OP ) 6 5A 　F L +7 00 (B OP ) T K 10 2 2 00 0 kg ホット冷却水機械室 H X 30 12 00 k g 150A　FL+1100(BOP) 150A　FL+1100(BOP) H X 30 1 1 00 0 kg 2 50 A　 F L+ 40 00 (B O P) 125A　FL+4000(BOP) 350A　FL+4500(BOP) 350A　FL+4500(BOP) 2 50 A　 F L+ 40 00 (B O P) P 1 025 60 k g 二次冷却水循環 系¥U+2160　 （還） 　350 A 二次冷却水循環 系¥U+2160　 （往） 　350 A 125A　FL+4000(BOP) ホット排水設備室 D M 1 023 00 k g H X 10 2 1 20 0 kg 250A　FL+4500(BOP) 250A　FL+4500(BOP) P 1 015 70 k g T K 10 12 00 0 kg D K 10 1 5 00 k g H X 10 1 1 50 0 kg D M 1 01 4 00 k g イ オン 交 換樹脂置場 風除室 S2 650 MI C×2 S2 650 MI C×2 電源室 Q 261 00M IC Q 261 00M IC 分電盤 2 00 0 kg 1 00 0 kg1 00 0 kg S3 060 ×3 S3 060 ×3 1 00 0 kg 1 00 0 kg 1 00 0 kg 1 00 0 kg1 00 0 kg SQ 30 120 ×2SQ 30 120 ×2 SQ 30 120 ×2 3 00 0 kg 3 00 0 kg 2 00 0 kg 2 00 0 kg D1 61 50 D1 61 50 Q 261 00M IC Q 261 00M IC Q 261 00M IC Q 261 00M IC 1 00 0 kg 2 00 0 kg D1 61 50 3 00 0 kg 2 00 0 kg D1 61 50 3 00 0 kg 1 00 0 kg1 00 0 kg Q 226 0×2 Q 226 0×2 1 00 0 kg 3 00 0 kg 3 00 0 kg 1 00 0 kg 1 00 0 kg 1 00 0 kg Q 226 0×2 Q 226 0×2 Q 226 0×2 Q 226 0×2 Q 226 0×2 50AFL-300(BOP) 50AFL-300(BOP) 1 00 0 kg Q 226 0×2

電源用冷却水循 環系¥U+2160　（還）　1 00A電源用冷却水循 環系¥U+2160　（往）　1 00A

8 0A 　F L -4 50 (B OP ) 8 0A 　F L -4 50 (B OP ) Q2260×2 Q 261 00M IC D1 61 50 SQ 30 120 ×2S2 650 MI C×2S3 060 ×3 X17 QC4

X16 Y16 QC5Y17QC6 QC7 X18 Y18QC8X19 Y19QC9QC10X20Y20 QC11QC12 ユーティリティー連絡路（１） ユーティリティー連絡路（２） ト ンネル連絡通路 1 50 A　 F L+ 60 0( BO P ) 1 50 A　 F L+ 60 0( BO P ) 1 50 A　 F L+ 60 0( BO P ) 6 5A 　F L +2 50 0( BO P ) 6 5A 　F L +2 80 0( BO P ) 1 50 A　 F L+ 34 00 (B O P) 1 50 A　 F L+ 31 00 (B O P) P 3 01 - 2 2 00 k g P 3 01 - 1 2 00 k g

N

3-GeV

RCS

ニ

ュ

ー

ト

リ

ノ施設

物質生命科学実験施設

_MLF

中性子ターゲット

Neutron target

ミュオンターゲット

Muon target

陽子運動エネルギ

(Proton kinetic energy)： 3 GeV

ビーム出力

(Beam power)：

1 MW

ビーム電流

(Beam current)：　

333 µA

8.3x10

13

_p

繰返し

(Repetition)：

25Hz

全長(Total length)　314 m

世界最長

のビーム輸送施設(1MWクラス)

Longest beam transport for MW class

accelerator facilities in the world

JSNS

4

NMトンネル

M1トンネル

M2トンネル

QC10

Q2260 LQ30120

QNQ1 QNQ2 QM1

Q26100MIC QM2Q26100MIC QN1Q26100MICQN2Q26100MIC

QN3 Q26100MIC QN4Q26100MIC Y20 S2260 AC M20 X20 S2260 AC Y21 S3060 AC M21 X21 S3060 AC Y22 S2650 MIC M22 X22 S2650 MIC Y23 S2650 MIC M23 X23 S2650 MIC QC11 Q2260 QC12

P6

TMP 7

物質・生命実験施設

LQ30120 LQ30120

261500

314000

B.W

ダクト径φ290

  Muon   Tar get

      FCV3

（

DN200）

      FCS

（

DN200）

QM1 Q26100MICQM2Q26100MIC

proton beam window neutron target QM3 Q26100MIC QM4 Q26100MIC QM5 Q26100MIC QM6Q26100MIC Y22 S2650 MIC M22 X22 S2650 MIC Y23 S2650 MIC M23 X23 S2650 MIC muon target collimators

160 0 ベースプレート 水銀ターゲット ヘリウムベッセル 遮蔽（鉄） ベッセルサポート シリンダー 反射体 遮蔽 （重ｺﾝｸﾘｰﾄ） アウター ライナー 遮蔽（鉄） 遮蔽（コンクリート） 水素輸送管 水素減速材 遮蔽（鉄） 陽子ビーム 陽子ビーム窓 陽子ビーム窓 メンテナンス用 ポート ターゲット台車 ベッセル内 遮蔽体

P7

P8

垂直偏向部

直線部B

QA4 X05 S2260 AC Y05 S2260 AC M05 B1U D16150V QA5 X06 S2260 AC QV1 Q2260 Y06 S2260 AC M06 QV2 Q2260 QV3 Q2460 QV4 Q2260 QV5 Q2260 QV6 Q2260 QV7 Q2260 B1D B16150V QB1 Q2260 QB2 QB3Q2260 QB4Q2260 QB5Q2260 QB6Q2260 X07 S2260 AC Y07 S2260 AC M07 X08 S2260 AC X08 S2260 AC M08 Y09 S2260 AC X09 S2260 AC M09 X10 S2260 AC Y10 S2260 AC M10 Y11 S2260 AC M11 X11 S2260 AC Q2260 Q2260 Q2260

P4

P3

      Foi l

（

DN200）

    GV-­‐ man

（

DN200）

    GV-­‐ man

（

DN200）

      TMP （200   l /s）

水平偏向部

直線部C

QB7 Q2260 BH1B16150 QH1Q2260 BH2B16150 QH2Q2260 QH3Q2260 QH4Q2260 QH5 Q2260 BH3 B16150 BH4B16150 QC2 QC3Q2260 QC4Q2260 QC5Q2260 QC6Q2260 QC7 Q2260 QC8Q2260 QC9Q2260 QC1 LQ30120 Y12 S2260 AC X12 S2260 AC M12 X13 S2260 AC M13 Y13 S2260 AC Y14 S2260 AC M14 X14 S2260 AC Y15 S3060 M15 X15 S3060 Y16 S2260 AC M16 X16 S2260 AC Y17 S2260 AC M17 X17 S2260 AC Y18 S2260 AC M18 X18 S2260 AC Y19 S2260 AC M19 X19 S2260 AC LQ30120

P5

      GV3

（

DN200）

      GV4

（

DN200）

QC9 Q2260 QC10 Q2260

← 3GeV RCS

beam dump

horizontal bend

neutron

target

muon target

NM tunnel

QX1 SQ3060 X01 S3060 QX2 QX3 QX4 Y01 S3060 B01 D15150 QX6 PB PB13150 QX7 M01 X02 S3060Y02S3060 M02 QX8 DMP D15150C 11.8deg QX9 QX5 QX10 X03 S3060 M03 B02 Y03 S3060 QA1 QA2 X04 S3060Y04S3060 M04 QA3 SQ3060 SQ3060 SQ3060 SQ3060 SQ3060 SQ3060 SQ3060 SQ3060 SQ3060 D16150 SQ3060 SQ3060 SQ3060 ダンプ入射

P1

FCV1   &   FCS1

( DN200)

P2

      GV3

（

φ 320）

      GV2

（

φ 320）

      GV1

（

φ 320）

proton beam

window

collimators

pulse magnet to

50-GeV MR

偏向電磁石：　

9台

四極電磁石

：

54台

補正電磁石

：

47台

八極電磁石

：

2台

33m

全長　314m

600ns

FWHM ~150ns

パルス時間構造

MLFの２つのターゲット

 

ミュオン生成用ターゲット

l

 

グラファイト

l

 

世界最大強度

 

中性子生成用ターゲット

l

 

水銀ターゲット（陽子の

飛程以上の長さ）

NMトンネル

M1トンネル

M2トンネル

QC10 Q2260 LQ30120 QNQ1 QNQ2 QM1

Q26100MIC QM2Q26100MIC QN1Q26100MICQN2Q26100MIC

QN3 Q26100MIC QN4Q26100MIC Y20 S2260 AC M20 X20 S2260 AC Y21 S3060 AC M21 X21 S3060 AC Y22 S2650 MIC M22 X22 S2650 MIC Y23 S2650 MIC M23 X23 S2650 MIC QC11 Q2260 QC12

P6

TMP 7

物質・生命実験施設

LQ30120 LQ30120

261500

314000

B.W

ダクト径φ290

  Muon   Tar get

      FCV3

（

DN200）

      FCS

（

DN200）

QM1 Q26100MIC QM2 Q26100MIC

proton beam window neutron target QM3 Q26100MIC QM4 Q26100MIC QM5 Q26100MIC QM6Q26100MIC Y22 S2650 MIC M22 X22 S2650 MIC Y23 S2650 MIC M23 X23 S2650 MIC muon target collimators

16 00 ベースプレート 水銀ターゲット ヘリウムベッセル 遮蔽（鉄） ベッセルサポート シリンダー 反射体 遮蔽 （重ｺﾝｸﾘｰﾄ） アウター ライナー 遮蔽（鉄） 遮蔽（コンクリート） 水素輸送管 水素減速材 遮蔽（鉄） 陽子ビーム 陽子ビーム窓 陽子ビーム窓 メンテナンス用 ポート ターゲット台車 ベッセル内 遮蔽体

P7

P8

垂直偏向部

直線部B

QA4 X05 S2260 AC Y05 S2260 AC M05 B1U D16150V QA5 X06 S2260 AC QV1 Q2260 Y06 S2260 AC M06 QV2 Q2260 QV3 Q2460 QV4 Q2260 QV5 Q2260 QV6 Q2260 QV7 Q2260 B1D B16150V QB1 Q2260 QB2 QB3 Q2260 QB4 Q2260 QB5 Q2260 QB6 Q2260 X07 S2260 AC Y07 S2260 AC M07 X08 S2260 AC X08 S2260 AC M08 Y09 S2260 AC X09 S2260 AC M09 X10 S2260 AC Y10 S2260 AC M10 Y11 S2260 AC M11 X11 S2260 AC Q2260 Q2260 Q2260

P4

P3

      Foi l

（

DN200）

    GV-­‐ man

（

DN200）

    GV-­‐ man

（

DN200）

      TMP

（

200   l /s）

水平偏向部

直線部C

QB7 Q2260 BH1 B16150 QH1 Q2260 BH2 B16150 QH2 Q2260 QH3 Q2260 QH4Q2260 QH5 Q2260 BH3 B16150 BH4 B16150 QC2 QC3 Q2260 QC4 Q2260 QC5 Q2260 QC6Q2260 QC7 Q2260 QC8 Q2260 QC9 Q2260 QC1 LQ30120 Y12 S2260 AC X12 S2260 AC M12 X13 S2260 AC M13 Y13 S2260 AC Y14 S2260 AC M14 X14 S2260 AC Y15 S3060 M15 X15 S3060 Y16 S2260 AC M16 X16 S2260 AC Y17 S2260 AC M17 X17 S2260 AC Y18 S2260 AC M18 X18 S2260 AC Y19 S2260 AC M19 X19 S2260 AC LQ30120

P5

      GV3

（

DN200）

      GV4

（

DN200）

QC9 Q2260 QC10Q2260

← 3GeV RCS

beam dump

horizontal bend

neutron

target

muon target

NM tunnel

QX1 SQ3060 X01 S3060 QX2 QX3 QX4 Y01 S3060 B01 D15150 QX6 PB PB13150 QX7 M01 X02 S3060 Y02 S3060 M02 QX8 DMP D15150C 11.8deg QX9 QX5 QX10 X03 S3060 M03 B02 Y03 S3060 QA1 QA2 X04 S3060 Y04 S3060 M04 QA3 SQ3060 SQ3060 SQ3060 SQ3060 SQ3060 SQ3060 SQ3060 SQ3060 SQ3060 D16150 SQ3060 SQ3060 SQ3060 ダンプ入射

P1

FCV1   &   FCS1

( DN200)

P2

      GV3

（

φ 320）

      GV2

（

φ 320）

      GV1

（

φ 320）

proton beam

window

collimators

pulse magnet to

50-GeV MR

厚さ　

2cm

外径　

Φ33cm

幅

34cm

長さ

2m

SUS製容器

陽子ビーム

水銀

軽水

保護容器

二重壁により水銀標

的容器を保護

世界最大強度の

パルス中性子

陽子ビーム窓

 

真空領域とヘリウム領域の隔壁

l

 

アルミ　厚さ　2.5mm x 2枚

 

ビーム運転に重要なビームモニタを配置

Connectors

Flange

Iron

shield

Concrete

shield

Base for PBW

Rough guide

（

mounted He vessel）

Supporter

of ASSY

Multi-purpose hole

Pipe for H

₂

O

PBW

Pillow seal

Duct

Feedthrough for

monitor

Plenum

Pin for placement

Height: 5 m

Weight: 10 t

Connectors

Flange

Iron

shield

Concrete

shield

Base for PBW

Rough guide

（

mounted He vessel）

Supporter

of ASSY

Multi-purpose hole

Pipe for H

₂

O

PBW

Pillow seal

Duct

Feedthrough for

monitor

Plenum

Pin for placement

Height: 5 m

Weight: 10 t

7

大強度陽子ビームモニタ

陽子ビーム窓モニタ

イメージングプレート（ビーム君）

MWPM

ホットセルl

IP

Target

遠隔操作

MWPM

ハローモニタ

・

SEC

・ TC

¡

 

大強度ビーム運転には必要不可欠

¡

 

ビームプロファイルモニターとハローモニター

(オンラインタイプ)

l

 

Multi Wire Profile Monitors (MWPMs) (15台設置) : 炭化ケイ素（SiC）ワイヤ

l

 

陽子ビーム窓にも固定型のMWPMを設置

¡

 

2Dイメージ：　イメージングプレート(IP)による放射化測定法　(オフラインタ

イプ

_{)　 ビーム照射後に測定}

周辺部発熱密度＜1W/cc

σ

h、ｖ

<37mm, 17mm

14 J/cc/pulse

@1MWが下限

　　SNS(1MW)の~2倍

分布形状を変える必要がある

線形オプティクスでのビーム拡大

 

RCSのビーム：　位相空間でガウス分布

 

ピーク密度の減少：ビームをターゲット上で

拡大し密度を減少させる

1cm

発熱密度の計算：陽子ビーム窓の散乱

陽子ビーム窓

　

(Al 5mm-t)

水銀ターゲット

垂直

(cm)

ビーム条件と無関係に

1 W/ccの発熱

2Dプロファイル測定結果

MWPMによる測定

熱電対

9

大強度ビーム運転の問題

 

MW級の

大強度陽子ビーム

と

人類

の

戦いの序章

l

 

ターゲット容器に著しい損傷：　

　ビーム入射時の衝撃に伴うピッティング

　　　損傷

l

 

ヘリウムバブルは振動の低減を観測してい

るが、実際の損傷に対しする影響は未知

l

 

ビームプロファイル（ピーク電流密度）が重

要

l

 

ターゲットのピッティング損傷

(ピークの

４

乗

に比例）

l

 

ラスタリング（スキャニング）では対応不可

能（∵ピークの

_{3乗にしかならない}

）

 

チャレンジングな

JSNS

l

 

JSNS:　　　　　　25Hz, RCS

　ミュオンターゲット有り

l

 

SNS(ORNL):　 60Hz, ストレージリング

ミュオンターゲット無し

 

電流密度の低下は極めて重要

SNS

ターゲット容器模式図

-  多重防護壁構造（４重）が漏洩防止

-  中間層のHeガス内の放射性物質

を常時監視

ここ

JSNS

5 cm

ビーム平坦化技術の開発

 

八極電磁石を用いた線形ビームオプティクスによるビーム平坦化（

MW

クラスの大強度加速器施設にて

世界初の試み

）

 

ビームのピーク密度の減少を図る

製作した八極電磁石

-200

-100

0

100

200

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

水平位置

(mm)

By(

テス

ラ

)

測定値

設計値

磁場分布

1m

八極電磁石(800T/m

3

₎

O3060(幅1.2m,磁極長0.6m, 6t)

By∝x

3

八極電磁石によるビーム平坦化

 

線形光学ではどの場所でもガウス分布

l

 

幅を広げてピーク電流を低下が困難

l

 

非線形光学でビームを平坦な分布にし

ピークを低減

八極電磁石

w/ OCT

八極無し

w/o OCT

位相空間分布

Phase space

distribution

水平方向分布

Horizontal

distribution

位置　Position

角度　

D

ive

rg

en

ce

位置　Position

位置　Position

位置　Position

角度　

D

ive

rg

en

ce

強度　

In

te

nsi

ty

強度　

In

te

nsi

ty

八極電磁石

非励磁

/

励磁

の

ビームプロファイルの比較

(計算値)

原理：裾野のビームを高次の

磁場で中心に畳み込む

動物に例えると

ハウンド

ブルドッグ

SAD

を用いたツールの作成

 

ビーム調整時間が殆ど無く短時間で複雑な調整を行う必要がある

入射ビーム条件

八極電磁石条件

ビーム幅の観測結果から入射ビームとオプティクスのフィット

外挿領域(フィットに

は未使用）

Horizontal

Vertica

l

ミュオン標的

陽子ビー

_ム窓

S(m)

σ

x

, σ

y

(mm)

Be

am

w

id

th

D

isp

ersi

on

η

x

, η

y

(m)

ツールにより瞬時に複雑な調整が可能、ミュオン標的上での散乱を含むプロファイル計算可能

RCSの出射ビーム診断が瞬時に可能

位相差

ミュオン標的での散乱

MWPM

の校正

 

細いビームでスキャンした結果を基にピーク高さが均一にな

るようにペデスタルとワイヤ感度を補正（補正値最大

6%)

-10

0

10

0

500

1000

1500

Horizontal position (cm)

 OC T  off

 OC T  on

補正前

補正後

昨年発表のプロファイル

補正後のプロファイル（歪みが無くなった）

八極電磁石の効果

 

八極電磁石の入・切り状態で比較

 

ビーム形状

:　

予想通りの平坦な分布を確認

14

Histogram: Simulation with OCT

Horizontal:

w/o OCT

w/ OCT

Vertical:

w/o OCT

w/ OCT

800 kW相当

800 kWeq

計算は実験と良い一致を示す

→設計通りに低減可能　

•  ビーム裾部強度は1/10倍に

•  八極電磁石により発熱密度のピーク

を

35%

減少

　　　裾部フィット： 　20.2 J/cc/pulse

　　　ピーク部フィット： 14.9 J/cc/pulse

八極電磁石励磁時のプロファイル（計算）

水平方向

垂直方向

八極電磁石励磁時のプロファイル

（実測値との比較）

実験と計算のプロファイルの比較

0

1000

2000

In

te

nsi

ty

(A

rb

u

ni

t)

-100

0

100

0

1000

2000

Position (mm)

In

te

nsi

ty

(A

rb

u

ni

t)

Horizontal

Vertical

0

1000

2000

In

te

nsi

ty

(A

rb

u

ni

t)

-100

0

100

0

1000

2000

Position (mm)

In

te

nsi

ty

(A

rb

u

ni

t)

Horizontal

Vertical

0

1000

2000

In

te

nsi

ty

(A

rb

u

ni

t)

-100

0

100

0

1000

2000

Position (mm)

In

te

nsi

ty

(A

rb

u

ni

t)

Horizontal

Vertical

OCT 0A

OCT 698A

OCT 698A

₊

_{ミュオン標的有り}

•  計算は実験と良い一致を示す（ミュオン標的の散乱の影響も正しく評価している）

•  線形オプティクスの場合に比べ水平方向 14%, 垂直方向　20%のピーク減少に

より合計で約

_{40%のピーク密度減少が可能}

中性子標的でのプロファイル（計算）

•  中性子標的入口のア

パチャと同じ面積とな

る理想的な形状となる

•  平坦化と八極電磁石

近傍のビームロスは

競合する

_{→八極下流}

の四極を花形ダクト化

により更なる平坦化を

目指す

OCT 0A

OCT 400A

OCT 698A

ミュオン標的でのプロファイル（計算）

ミュオン標的にビーム幅と形状は

変化なし　

_→

　ミュオンの利用運

転に影響無しに中性子標的にお

けるビームの平坦化が可能

OCT 0A

OCT 400A

OCT 698A

MLF

のビーム運転履歴

 

500 kWの安定運転を達成(4月30日に水銀ターゲット冷却水漏れ

により停止　原因：溶接部の不良）

 

溶接部を強固にしたターゲットに交換後に

500kW運転を再開

 

約1ヶ月で

100kWごとにビーム出力増強し来年に1MWを目指す

 

さらに大強度運転を：目指せ

2MW

！

900kWeq

従来

新規

まとめ

 

核破砕中性子源の大強度陽子ビームの調整

＆運転

l

 

SADによるツール作成

l

 

短時間で効率的な非線形のオプティクス調整

l

 

約

1MWのテスト運転および500 kWの利用運転開

始（ギネス申請中）

l

 

非線形ビーム光学によるビーム平坦化

l

 

利用運転で使用

l

 

30%程度のピーク電流密度を低下が可能

l

 

ピッティング損傷は約

80 %低減

l

 

ミュオン標的でビームを狭め散乱の影響を更に減らす予定

l

 

来年から

1MWの利用運転を目指す