林三Ｆ第２回ハドロン加速器推進連絡会資料

200 MeV陽子リニアックの概要1998年６月１７日加速第４研究系加藤隆夫

まとめ本リニアツクは大強度ビーム（ピーク電流30 mA、平均電流200 uA、将来はピーク電

流60 mA)を高エネルギー(200 MeV、将来は400 MeV)まで加速する。このような大強度高エネルギーリニアックでは､エミタンスの劣化を小さくし､加速途中のビーム損失を少なくして、ビームを安定に供給する事が重要である。その為に（１）ビームに対する収束力、（２）運転時の動作特‘性、(3)ビームの性質の劣化の原因となる様々なエラーに注意して、デザインと製作を行う。加速効率、製作及び運転の容易さにも留意する。

1.200 MeVリニアツクの概要要求仕様を表１に示す。全体構成を図１に示す。加速管のパラメータを表２に示す。

2 .リニアックの特徴．高い周波数324 MHz (従来201 MHz)・安定な運転を期待出来る加速電場の設定

・ＤＴＬでは0.6 KL (キルパトリックリミツト)、SDTLでは1.2-1.3 KL (1KL=17.8MV/m・クライストロン2.5 MWピーク（従来３極管又は４極管）・大強度ピーク電流30 mA、平均電流200↓lA従来1０ﾄlAの加速・ＲＦＱの採用（従来はコッククロフト750 keV直流加速器）

．ＰISL(7Z-modestabilizingloop)による安定化・ポストカップラーにより安定化したDTL．新しい加速管構成一一一＞分離型DTL (SDTL)の採用．新しい四極直流電磁石の製作法を採用（栄型電鋳製作法）

3 .設計及び建設の指針３．１ビーム損失が小さい、安定な、運転を目指す

．高い運転周波数の選定(324 MHz,従来は201 MHz)により、空間電荷効果が低減され(表３、且つクライストロンが使用可能となった

・３-ＭｅＶ即Ｑの採用により、低エネルギー部の優れたビームの性質が期待出来る・縦と横の収束力のバランスを保つ収束法の採用（図２）

．様々なタイプの外乱に対して安定な加速管を使用RFQPISL (冗-mode stabilizing loop)D T L ポ ス トカップラーによる安定化（図 3 )S D T L 5 セ ル 構成の短い加速管（図４

・加速管の運転状態での安定性への配慮低エネルギー領域のDTLは熱変形による電場の乱れが重要問題（ポストによる安定化、高周波発熱を減らす、高い入射エネルギー、充分な冷却）

・ビームサイズとボア径との比を充分とる （図５）・ 縦 と 横 の ト ラ ン ジ シ ョ ン ヘ の 配 慮 （ 図 ６ ）

1

3 .2ピーク電流の変化に対応してチューニングが容易な事・横方向の収束力変化の為に四極電磁石を採用（永久磁石の代りに）・直流磁石の採用

発熱が大きい事は欠点であるが、パルス磁石に比べて、正確な安定な動作が期待出来る。

3.3加速管の構成加速効率､運転時の電場分布の安定性及びエネルギー増強の時の高エネルギー加速管との接続の点でも優れている分離型ドリフトチューブリニアツク(SDTL)を50MeV以上のエネルギーで採用（図７)。

4 .今年度製作部分について初期計画では、第１期建設ではエネルギー200 MeVまで、第２期増強ではエネルギー400 MeVまでの

加速管を製作する計画であった｡今年度は､第１期建設分の中のエネルギーがおよそ59 MeVまでを製作する。ここに含まれる加速管の構成は、イオン源+ LEBT + RFQ (3 MeV) + MEET (チョッパー、パンチャーを含む) +DTL(3タンク、50MeV)+HEBT + SDTL(２タンク、58.8 MeV)、全長は約40 mである。ピーク電流3０mAの負水素イオン（パルス幅500 usee、繰り返し周波数25 Hz)を加速するので、平均電流はおよそ200ﾄlA(chopping ratio=0.56)となる。ピーク出力2.5 MWのクライストロン５本を使用する。平成11年度内にトンネル内への設置を目指す。構成を図８に示す。

｡ＭEBT図９にビームラインの計算結果を示す。表４と５にパンチャーとチョッパーの特性を示す。1）縦横のビームマッチング：８個の四極磁石、２個のパンチャー (図１０）

(図１１）２）ビームチョッピンッグ：２個のチョッパー空洞･ＲＦＱ

デザインの概略を表６に示す(by上野）

２

表1 Required main parameters of the linac.

ｒ棚帥Ⅷ卵棚伽川

Ｈ一

２５

±０．１

卿舶肌比叫、％表2 1: Parameters of the JⅢ牙200-MeV proton

０

２

６

４

１

０

８

３

７

２

２

心

Ｏ

Ｏ

ｓ

２００５２１４６１２６００５００

３５２６９３１１２１２３５２２-

ＺＶＶ

Ⅷ脈脈ⅢⅢ

別０Ⅲ川師９３

３

３

５

２

２

３

３

３

５Total㎡power (30 mA) ＷＷｍＷＭ肌批叫

表２-３ : Parameters of the SDTL表２-２

Total rf power (３0 mA) 0.4８ - 0.78ⅣⅣVＭｍＷＷ岬岬ｍ

Ｖｅ３犯刈四Ⅷ州刈妬妬

２３５４８．９４１

１．８４２．７-２６２２

l１９．２

1.16『Total rf power (30 mA) 1.64

ｌ３

(1998年４月時点の値、現在修正版を検討中。大きな変更はない予定）

３

表２-4 : Parameters of the RFQ.

％

剛Ⅱn-mrad(normalized)

３

６

２

１

４２００３弧４２

３

５

３

３

０

８

９

３

１

ｒｅ

卿卿伽鋲伽

ｎ

ｅｇ

樋

・

副ｅ

Ｖ》ｅｎｎ勺１Ｓｃ

》》》》函》“》秘表3 Accelerator parameters for various operating frequencies.

324 432 ⅣＩHz2０１

E加伽nce(90%) 0 .１5 0 .15 0 .15 0 .15 0 .１5冗cm-mrad

B e a m r a d i u s m m△ 中 6 . 4 8 . 5 9 . ０ 9 . ６ １ １ . 6 d e g r e eB ' 4 ３ ． ３ ９ 6 . 5 1 1 2 . 6 １ 3 1 . ４ 2 0 0 . 2 証 ｿ m

４ ２ ． ４ ５ ０ ． 0 5 1 . 1 5 2 ． 2 5 4 . 4 d e g r e e

0 . 5 ０ ０ . 3 1 ０ . 2 ７ 0 . ２ 4 0 ． 1 8

E G F 5 . 0 ２ ． 3 1 . 9 1 . ６ 1 ． １ %

表４パンチャーの高周波特‘性 表５チョッパーの高周波特‘性周波数加速電場パルス幅パルス間隔

繰り返し空洞励振ピーク電力空洞平均高周波損失動作モード

周波数加速電圧パルス幅繰り返し

空洞励振ピーク電力空洞平均高周波損失加速モード

２８３００

Ｏ､３kW

２０

1W以下

４

表６ Beam Optics Design of JHF-RFQ (Ueno)

(1)(* s=-88。～-30 : constant longitudinal acceptance)accelera廿on section (<2> s=-30 : constant transverse

Try and error by using s加ulation codes (PARMTEQ, PARMTEQm

cell parameters in shaper(<f> s=-90。～-88 ).

(2)

0.05,0.25,3 0.05,0.29,3＊ＥＧＢＥ：Energyattheendofgentle-buncher・

UM s=-90。～-88 )

90%(冗mm-mrad) 1 1

９０．５９４．６

3.06１３２

96％

87.1

323 (esn.)

５

500 1-isec

’ＤＴＬ

ト’ １ １50 keV 3 MeV 50Ｒ征eV

図１ ２０0 MeVリニアック全体構成。

⑪

⑪

⑪

⑪

⑪

⑪

⑪

⑥

Ｓ

４

３

２

１

④①幽則①己）①ｇ自国傍己碍①四国呂白

Ｕ００ｇ０００００６、００００００６００６００００》０００００００-一

一一

．０００００：００，００-０００００００００００-００『一一０一一一一つ画一●一

；洲『『帥．一服千一へ提Ｏ-

Ｏｘ-Ｏｘ

Ｅ

ｅ

ｋ

ｋ……０… ● ● ｡ ● ■

……Ｏ……Ｚ

■ ﾛ ｰ ｑ ■ ロ -

● ■ ● ● ●＝ ＝ ロ ー ｑ ■ ＝ ■ ｈ - ー ＝ ＝ ｑ ■ ＝ ＝ ＝ ＝ ■ ■ - ＝ ■ ■

⑪ ⑪､１ ⑪､Ｚ ⑪､３ ⑪､４

図2 Phase advances in both the transverse and longitudinal phase spaces along the DTL. A

６

●

１

Ｏ

Ｏ

Ｏ

Ｏ

で芦皇宮の頃⑪ン画昌⑭塵

伽

兜

％

則

兜

卯

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１

０

０

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冠シ里で司唱⑭参宮星⑩塵

雪雲=翼重臣二三圭孟蓋i二二二二瞳

６-君ｂｅ”吾eこe琴⑧Q-……………....……………….……….………;………ｂ…

●●●●●●●●｡ ｡■■ -■●●一●●Ｃｏｏ■●の4■●●●-●ー● '■①●●●●●･●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●ｏｏｏ●●Ｃｏｏ●Ｃｅ ０ ０

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0.90

ｃｅｎｍmber０

０ ５ １ ０

図3 2 Average Accelerating field dis-図3 1 Average Accelerating field

the 432-MHz Dn』Ⅷthout post couplers.

雪雲 冨雲

図4 Schematic view of the SDTL structure. The focusing magnets are indicated by squares.

６

４

２

０

８

６

４

２

０

１

１

１

１

（目目目）切目酒も飼幽①角◎皇で自国①圏扇【目侭①国

●

図5 Variation of rms transverse beam size and bore radii along the linac. One cell corresponds to

７

～１ＧｅＶ５ ０ Ｍ e Ｖ ｚ ０ ０ Ｍ ｅ Ｖ

RFQ DTL SD'麹=

鴬① - |

､癖ﾎー露_難蕊騨蕊蕊謹蕊蒸蕊嬢藤蕊蕊識蕊鍵儀鐙鎗’

ｅ

②。 ②

図6 Configuration of the linac; 'f' means the operating frequency.

7０ ｢ ' ' ' ' ' '

ｌ

ｌ

ｌ

．

6０

…言湾雲皇窒丞 ，

5０ ⑥ ！

…

（昌為園ご）圏圏園

、ＩＱ 注

／：4０ ▲

３０ 、 世

２０

、1０

０ ｎｍｐｐＩｐｍｐｐＩロロロロＩ ，ロ「

０ 0．１ 0.2０．３０．４０．５０．６０．７０．８

図7 Effective shunt impedances used for the JHF proton linac.

８

パンチャーイオン源RFQチョッパー 0.19 -Hh- 0^5十。"訓同Ｆ叩○ - - 一日日一日日一

--｣トー一9.92

1.53●訂

訓

今年度製作部分の加速管。図８

一 一 一 々 ＝ - - - つ - 毒 ａ÷ ＝ 今 ｡ ． 、 …… ＄ ． ⑥ 。 。 ⑨ 。 中 ０ ． ⑥ 。 エ ー

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＝＝

画 Ｐ ａ - ａ つ

図9 TRACE 3-D output of the MEET for Type A. In the up-left are the input beam phase spaces

９

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づＰ一 q

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図１ 0パンチャー空洞

パンチャー基本寸法直径ビームフランジ間の長さギャップ長さ外半径内半径ビーム孔直径

０

０

兇妬糾砺銘⑬

皿皿皿血皿皿

チョッパーの基本寸法ビームフランジ間の長さ軸方向空洞内壁間距離横方向空洞内壁間距離縦方向空洞内壁間距離電極軸方向長さ電極横方向幅電極ギャップ長磁場シールドパイプ長さ外側半径

２

２

６

０

５

７

７

０

７

９

０

０

０

１

１

１

３

２

２

２

１

８

６

皿皿皿皿皿皿皿皿Ⅲ

図1 １ チヨッバー空洞

封識

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