Proceedings of the 1st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japanand the 29th Linear Accelerator Meeting in Japan (August 4 - 6, 2004, Funabashi Japan)

BEAM COMMISSIONING OF THE J-PARC LINAC DTL1 AT KEK
Y. Kondo1,A), H. Akikawa A) , S. Anami B), H. Asano A), Y. Fukui B), Z. Igarashi B), K. Ikegami B), M. Ikegami B),
T. Itou A), M. Kawamura B), T. Kobayashi A), C. Kubota B), S. Lee B), T. Morishita A), F. Naito B), Y. Namekawa A),
S. Sato A), H. Suzuki A), M. Takagi D), E. Takasaki B), H. Tanaka B), M. Tanaka C), T. Tomisawa A), A. Ueno A),
S. Yamaguchi B), S. Yoshida D), K. Yoshino B)
A)
Japan Atomic Energy Research Institute (JAERI)
2-4, Shirakata-Shirane, Tokai, Naka, Ibaraki, 319-1195
B)High Energy Accelerator Research Organization (KEK)
1-1, Oho, Tsukuba, Ibaraki, 305-0801
C)
Accelerator Engineering Center, Mitsubishi Electric System & Service Co., Ltd
2-8-8, Umezono, Tsukuba, Ibaraki, 305-0045 JapanD)
Kanto Information Service (KIS)
8-21, Kunkyo, Tsuchiura, Ibaraki, 300-0045
Abstract
A commissioning of the J-PARC linac DTL1 is now under way at KEK. A 30mA H- beam was accelerated to 19.7MeV, and 100% transmission was obtained with a 20-µsec-pulse-width and 12.5-Hz-repetition beam. In this paper,present status of the DTL1 commissioning and preliminary results of the commissioning, such as emittancemeasurements, are presented.

KEKにおけるJ-PARC LINAC DTL1のビームコミッショニング
１．はじめにJ-PARCリニアックのDTL（Drift Tube Linac）は、324MHzのアルバレ型DTLであり、3空洞で構成され、H- ビームを50MeVまで加速する [1] 。146の加速セルを持ち、149のドリフトチューブの各々には電磁石のQマグネットが内臓される。
現 在 、 KEK に お い て 、 19.7MeV の 第 1 タ ン ク（DTL1）までのコミッショニングを行っている。
DTL1の下流には、DTL1から引き出されたビームの電流、エネルギー、位置、角度、エミッタンスなどを測定するためのテストスタンドが設置されている。
DTL1のコミッショニングは、2003年10月30日より開始され、初回のコミッショニングにおいて、まずはピーク電流5mA、次回には30mAで、設計値通りに19.7MeVに加速され、100%の透過率が得られることを確認した（図２）。その後、2003年12月から2004年1月にかけては、RFQ、テストスタンドなどの真空系の改修でコミッショニングは中断していた。
2004年2月からコミッショニングは再開され、主にMEBTのビーム診断用モニターに関する基礎的なスタディーのためにビームが供給された[2][3][4][5]。
また、ビームモニター、RFモニター等のデーター
収 集 系 の 整 備 が 行 わ れ [6][7][8] 、 平 行 し て DTL1 のチューニングに関するスタディーが行われている。
1

DTL1出口に設置されたエミッタンスモニター
に関しては、不具合の改修が2004年5月に完了し、6月からエミッタンス測定を行っている。本論文
では、KEKにおけるDTL1のコミッショニングの概要と、現在までに得られているエミッタンス測定などの結果について述べる。

図１：ピーク電流30mAの波形。(a): MEBT SCT3（DTL直前）、(b): DTL SCT1（DTL直後）。この時のパルス幅は20µsec、繰り返しは12.5Hz（duty0.025%）であった。

E-mail: yasuhiro.kondo@j-parc.jp156Proceedings of the 1st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japanand the 29th Linear Accelerator Meeting in Japan (August 4 - 6, 2004, Funabashi Japan)

IS LEBTRFQMEBTDTL1

Test stand

図２：KEKにおいてコミッショニング中の、J-PARCリニアック（DTL1まで）の概要
ディングがあるときはアンダーカップルとなっている。
２．実験装置
RFQ、MEBTのバンチャー、DTL1に関しては、
図３に現在までにKEKにおいてコミッショニング
RFフィードバックによる振幅、位相の安定化がなが行われているJ-PARCリニアックの概要を示す。
されている[15]。
KEKでのコミッショニングにおいては、Lab6フィ
図４にDTLテストスタンドの概要を示す。DTL出
ラメントを用いたセシウムを用いない体積生成型H口の ビ ー ム 電 流 は 、 直 後 に 置 か れ た SCT （ Slow
イオン源（IS）が使用されている[9]。
Current Transformer）と、最下流のビームダンプのLEBT(Low Energy Beam Transport)は、2つのソレファラデーカップ（FC）で測定する。ビームダン
ノイドマグネットと、インダクションキャビティー
プの材質は、グラファイトで、中性子のシールドにで構成され、RFQへのマッチングと、RFQの縦方向コンクリートで囲まれている。ビームエネルギーは、アクセプタンスを利用したプレチョッピングを行う
1.1m離れたFCT（Fast Current Transformer）とBPM2ためのエネルギー変調を行う。LEBT出口でのビー（Beam Position Monitor）間のTime of Flight（TOF）
ムのエネルギーは50keVである。
を測定することで測る。DTL1出射ビームの位置とRFQ（Radio Frequency Quadrupole）リニアックは、 角度は2つのBPMで測ることができる。エミッタン
50keVのH-ビームを3MeVまで加速する。設計ビーム
スはダブルスリット型のエミッタンスモニターに電流は、30mAの324MHz、4-ヴェイン型RFQで、よって測定する。スリットの厚さは5mm、スリット
ヴ ェ イ ン 長 は 3.1m で あ る [10] 。 RFQ は ピ ー ク 電 力
幅は0.1mm、２つのスリットの間隔は340mmである。
325kWで運転された。
MEBT（Medium Energy Beam Transport）は、8個
エミッタンスモニターのQマグネット、2個のバンチャーキャビティー、1スリット
エミッタンスモニター
BPM1個のチョッパーキャビティー（RFデフレクター）
スリット付きFCおよびビーム診断系から構成される。各機器の配置の詳細は、[2][4]などを参照されたい。
FC
DTL1設置前の、ビーム電流29mAでのMEBT出口
で の エ ミ ッ タ ン ス 測 定 で は 、 εx=0.25πmm ･ mrad 、
BPM2εy=0.21πmm･mrad（normalized rms）であり [11] 、シSCT、FCT
ミュレーションとの良い一致が見られた[12][13]。
DTLタンクレベル

図４：DTLテストスタンドの概要。
クライストロン
出力

カップラー1、2反射

図３：DTL1のRF波形。
DTL1は76個の加速セルで構成されており、長さ9.9mである。 [14] 。運転時のピーク電力は1.1MWである。図３に、DTL1のRF波形を示す。DTL1のRF
電力は、カップリングβ=1で投入され、ビームロー3.エミッタンス測定
現状でDTL1のチューニングは十分ではないが、予備的なエミッタンス測定を行った。結果を図５及び図６に示す。
J-PARC リ ニ ア ッ ク の リ フ ァ レ ン ス デ ザ イ ン のPARMILA[16] シミュレーションでは、DTL1出口のエミッタンスとして、εx=0.25πmm･mrad、εy=0.27πmm･mrad（normalized rms）であり [17] 、測定結果はこれに比べて大きい。この原因として、特に縦方向のチューニング（DTL1及びMEBTのバンチャーの振幅、位相のチューニング）が不十分なため縦方向のアクセプタンスから外れ、十分に加速されない粒子が含まれていると考えられる。DTLのチューニングに関157

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しては、位相、振幅スキャンの方法が提案されてい今後の課題は、MEBTでの軌道補正、DTL1へのる [18] ので、今後実行してみる予定である。その他、 横方向及び横方向のマッチング、DTL1の位相、振MEBTでの軌道補正、DTL1への横方向のマッチングな幅などの正確なチューニング方法を確立することでど、今後の課題である。
ある。

参考文献

current (arbitrary)x’ (mrad)horizontal emittance of DTL1

current (arbitrary)current (arbitrary)[1] F. Naito et. al., “Mechanical and RF Properties of the DTL
for the JAERI/KEK Joint Project”, Proc. of 2002 Linac
Conf.,
359(2002),
URL:
http://accelconf.web.cern.ch/AccelConf/l02/PAPERS/TU4
24.PDF.
[2] S. Lee et. al., “A Non-destructive momentum spreadmeasurement with a 4-strip-line beam position monitor inthe J-PARC LINAC”, in these proceedings.
x (mm)
x’ profile (mm)[3] T. Tomisawa et. al., “Development of 4strip line beam
position monitor of J-PARC LINAC SDTL”, in theseproceedings.
[4] H. Akikawa et. al., “Emittance measurement with wire
scanners at J-PARC linac”, in these proceedings.
[5] M. Tanaka et. al., “Development of beam loss monitor anddata acquisition system for J-PARC LINAC”, in theseproceedings.
[6]N.
Kamikubota et. al., “Prototype Control System for the Jm)x (mPARC 60MeV Proton Linac II”, in these proceedings.
x profile (mm)[7] M. Takagi et. al., “Beam-monitor Software at the KEK 60図５：水平方向のエミッタンス。ε=0.39πmm･mrad
MeV Proton Linac”, in these proceedings.
[8] S. Yoshida et. al., “Data archive system at the KEK 60-MeV（normalized rms）。
proton linac”, in these proceedings.
vertical emittance of DTL1
[9] A. Ueno et. al., “Surface production dominating Cs-free Hion source for high intensity and high energy protonaccelerators”, Rev. of Sci. Inst., vol. 75 num. 5 (04), 1714.
[10] A. Ueno et. al., “RF-test of a 324-MHz, 3-MeV, H- RFQ
Stabilized with PISL’s”, Proc. of 2000 Linac Conf.,
545(2000),
URL:
http://accelconf.web.cern.ch/accelconf/l00/papers/TUD02.
pdf.
[11] M. Ikegami et. al., “Beam Commissioning of the J-PARC
Linac Medium Energy Beam Transport at KEK”, Proc. ofy (mm)y’ profile (mm)
2003
Part.
Accel.
Conf.,
1509(2003),
URL:
http://accelconf.web.cern.ch/accelconf/p03/PAPERS/TPA
G035.PDF.
[12] A. Ueno et. al., “Beam Test of a Front-end System for the
JAERI-KEK Joint (JKJ) Project”, Proceedings ofLINAC2002,
URL: http://epaper.kek.jp/l02/PAPERS/TU423.PDF.
[13] Y. Kondo et. al., “J-PARC 30mA RFQのビーム実験結果とシミュレーションの比較”, Proc. of the 28th Linearm)y (mAccelerator Meeting in Japan, 69(2003), URL:y profile (mm)http://lam28.tokai.jaeri.go.jp/proceedings/TB-2.pdf
図６：垂直方向のエミッタンス。ε=0.49πmm･mrad[14] F. Naito et. al., “Tuning of the RF Field of the DTL for the（normalized rms）。
J-PARC”, Proc. of Part. Accel. Conf., 2835(2003), URL:http://accelconf.web.cern.ch/accelconf/p03/PAPERS/RPA
B049.PDF.
４．まとめ[15] T. Kobayashi et al. “Characteristics of Low Level RF
System for DTL1 Beam Commissioning of J-PARC
J-PARCのDTL1のコミッショニングがKEKにおいLinac”, in these proceedings.て行われている。ピークビーム電流30mAにおいて、[16] H. Takeda, PARMILA, LA-UR-98-4478.
設計通りの19.7MeVのエネルギーと、100%の透過率[17] M. Ikegami, private communications.
が得られた（パルス幅20µsec、繰り返し12.5Hz）。
[18] M. Ikegami et al. “Longitudinal tuning schemes for J現 状 で の エ ミ ッ タ ン ス 測 定 で は 、 εx=0.39πmm･
PARC DTL and SDTL”, in these proceedings.
x’current (arbitrary)current (arbitrary)current (arbitrary)y’ (mrad)d)ra(mm(y’d)

ramrad、 εy=0.49πmm･mrad（normalized rms）であるが、十分にチューニングされた結果ではない。

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