SAOS03

J-PARC 3-50BT増強計画
白形政司#, A), 魚田雅彦A), 大越隆夫A), 久保田親A), 佐藤健一郎A), 佐藤洋一A), 高野淳平A),外山毅A), 橋本義徳A), 堀洋一郎A), 原田寛之B)A) KEK/J-PARC
B) JAEA/J-PARC

第10回加速器学会年会
名古屋大学東山キャンパス
2013 8/3 ～ 8/5

400 MeV H- Linac[181 MeV at present]

J-PARC(JAEA & KEK)

3 GeV Rapid Cycling
Synchrotron (RCS)

Neutrino Beam Line
to Kamioka (NU)

Materials & Life
Science Facility(MLF)

JFY 2006 / 2007
JFY 2008
JFY 2009

50 GeV Main Ring
Synchrotron (MR)[30 GeV at present]

HadronExperimental
Hall (HD)3-50 Beam Transport Line

Pulsed bending magnet

LengthDipoleQuadrupole
Steering
Collimator
Monitor
BPM / MRPM
FCT / BLM

230 m
1 (PB), 3 (H), 2 (V)381412 units (120 to 54 p mm mrad)
14 / 95 / >50

3NBT

3-50BT

BT collimators

Slope section

Optics and Structure

Beta [m]

4030
20
100

Eta [m]04202450

100

150200150200

Dms m

050

100

Devices will be installed

B15Us m

B15U
QFE1,2 QFA1,2 QFS1-3 QFB1,2PB

BFIN

QFT1-4

QFC1,2

QFI1-4

QDT1-5BVD2QDC1QDI1-4

BVD1
QDE1,2 QDA1,2 QDS1-3 QDB1,2Matching

Collimator

TransportMatching3-50BT Collimator System
3-50BT コリメーターの配置決定

位相進み [rad]

QDS1

QFS1

QDS2

QFS2

QDS3

QFS3コリメーター（６セット）
Vertical

QDB1

Jaw は位相進みの遅い中央付近に２個１セットで配置。

Horizontal

QDS1 ~ QDB1 の間では、Vertical と Horizontal
ともに 120 度 (2.094 rad) ずつ位相が進む。

3-50BT ライン先頭からの距離 [m]Jaw• ２台がそれぞれ片側の Jaw を持ち、幅と中心位置を任意に決められる。
• 位相平面内で、ビームが回転する毎にハロー成分が除去される。

ハロー除去の方法
120°回
転

ハローの両側を一度に切る

120°回
転ハロー

ビームコア

Upgrade of BT Collimator Shield
2012 年秋以降748

2010 年夏以前

450W 対応

2kW 対応• コリメータセクションでのロス量を増やせるように、放射線遮蔽を増強した• 地上環境を考慮したもので、装置自身の耐放射線性能は、また別の話• 門型の鉄遮蔽は１台 23 t あるが、人ひとりの力で動かせる↓
それでも、コリメータセクションでのメンテナンス作業は、少ないに越したことは無い

QSC Magnet
EPDM ホースProblems on 3-50BT
コリメータセクションで許容するロス量が増加した← 何故そうなったか？

（元々の役割）
3-50BT コリメータの役割は、MR 行きビームの 54p を超えるハロー成分を取り除くこと（現実には）• 大強度運転において、MR 入射直線部のリングコリメータとバランスをとりながら運用する必要がある• コリメータアパーチャを何p にするかは、運転状況から要請が来る→ kW オーダーのロス容量が求められた精度の高いコリメータオペレーションを行うためには、コリメータセクションまでの光学系を正しく把握しなければならない。
SAOS01, SAOS02を参照！
• 測定系が不足している• コリメータセクション内で、ビームをハンドリングする機能が無い

Upgrade Plan
0. QSC 電磁石の EPDM ホースは撤去し、金属管に変更
する（冷却水ヘッダーも更新）
1. 光学測定系の充実
MRPM の増設
BPM の増設
QSC 電磁石電流分流器の設置
2. 操作系の充実
ビームステアリングの増設
・ STM-VH 電磁石のフル機能化
・ 新規ステアリング電磁石の設置

Multi-Ribbon Profile Monitor
QDA2 上流に MRPM １台を増設

Targetセラミックスフレームに薄膜ターゲットを並べる
5mm carbon graphite
H: 2.5 mm pitch
V: 3.0 mm pitch
32 ch eachBeam Position Monitor
Coil space

164

Yoke of a quadrupole magnet: 600 mm

170

Coil space

ElectrodeBPM
ループカップル型

二次荷電粒子によるノイズに強い
相対位置測定精度： 0.1 mm（目標）• コリメータセクションでのビーム軌道測定に使用• QFS1, 2, 3 下流に設置して、軌道の大きな変化を追う

c.f. 既存の3-50BT 用 BPM
中心角 60°長さ 230 mm の円弧型電極
断面形状

Measured Beam Positions
ambiguous
8QDS2Beam position [mm]642

QFS3QDS1

BPM40-2

1 2 3
BPM1, 2, 3456 7
QFS18910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
QFS2 QDS3-4-6-8-10-12HV

Beam-edge detection by BTC’s

QFB1
QDB2

QFB2

QDB1

• QDS1, 2, 3 および QFS1, 2, 3 はそれぞれシリーズ接続のため、全体の効果をフィッティングしているが、信頼性の高い結果を得るには、それぞれの励磁量を独立に変化させる必要がある• BTC によるビームエッジ検出も、ビームの両端を同じ場所で観ていないため精度が悪いCurrent Divider for QDS/QFS Family
Main Power Supply

790 A for typical operation

180V / 855A

44.0 V (measured)••••

Magnet 1

Magnet 2

Magnet 3

Bypass resistor

Bypass resistor

Bypass resistor

QSC 電磁石には、構造上十分な補助コイルが巻けなかった
QDS/QFS ファミリーは電磁石３台が直列接続となっている
バイパス抵抗を個別に接続することで、収束力を個別独立に変化させる
バイパス抵抗は、６本の水冷抵抗器を組み合わせた構成とし、8A ステップで50Aまで分流する
バイパス抵抗自体はひとつあればよい

Additional Steering System
STM-VHシリーズは、もともと水平垂直両対応として製作したステアリング電磁石である。
ビームスタディ時に大きく軌道を振れるように、2 mrad 以上の偏向角を持つ。
Specifications
磁極長
磁極間隔
水冷導体
巻き数
定格電流：400 mm：290 mm：□8－f5：69 turns/coil：241 A

STM-VH01 は、電源を用意して本来のHV両対応ステアリングとして運用
すぐ下流に STM-VH02 があるので、vertical 軌道の設定が容易になる

STM-VH01 下流はQFA2

QDS2Collimator
Unit-05

Steering

電磁石設置可能スペース

Steering Magnet
Preliminary design
Specification
Core size: 180x400x500
Gap height : 200 mm
Conductor: IMW 2x8Coil: 480 turns/coilMax. current : 25 A
Max. voltage : 17.5 V
Bending angle : > 0.5 mrad
Weight: 480 kg•••

通常運転に特化した設計
空冷方式の採用
ビーム軸方向にコンパクトな形状Summary
J-PARC 3-50BTラインでは、ビームコリメータによるエミッタンス制御の精度を上げるた
め、いくつかの機器を増設する

光学系の測定のために• コリメータ直前にMRPMを１台増設する• コリメータセクション内にBPMを３台増設する• 電流分流器によりコリメータセクションのシリーズになっているQDS/QFS四極電磁石の励磁量を個別に変更できるようにする

ビームハンドリングのために• ステアリングを増設し、コリメータセクション内での軌道補正が行えるようにする

2014年以降に実施を予定する大強度運転に対応した、種々のビームパラメータ測定と高度なオペレーションが可能となる見込み