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

ＮＣ１

３，５００

サブトンネルＣ

ＳＭ１ ＳＴ１

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

ＰＤ１１．９ ２ 　

ｄ ｅｇ ． 　 ｂ ｅ ｎ ｄ

ＰＤ１

Ｄ１

｛ＴＰ＋９ｍ｝

１５７，５００

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％

＋９．０５．０％

低温配管

PQ4BPH3

PQ5 PV2

PV1 PQ3BPQ4A

ニュートリノ ラック

PQ2B

PQ3A1 .9 2 d eg

. be n dPD2

PD1

PQ1

1 .9 2 d eg. be n d

PQ2A

EXPH2 PH1

D1

0.32°1.47° 1.31°

0.99°

25,000

53,000

40 ,000

ビーム軸

45,000

SK真西

50GeV extraction sectionから90°

前置検出器

TP+9m

24,000 12 ,00 0

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

FQ3B

FH2

FQ2B

FQ2A

FH1

FQ1

ＮＭ２

Ｈｏｒｎ１ Ｈｏｒｎ２

ＮＤ２

電源室

ＤＤ２ＤＤ１

ＤＱ２ＤＱ１

ＤＳＨＤＳＶ

ＤＤ３

ＤＱ３ ＤＱ４

シャッター

サブトンネルC

電源ヤード 電気室

ＮＣ１

ＷＣ

適当な広さ

冷却棟

Amp.

RF QDX

Amp.

RF

Amp.

RF

Amp.

RF

Amp.

RF

Amp.

RF

Amp.

RFSM1

QDX

SM3

D3

特別高圧変電所

Amp.

RF QDX

Amp.

RF

Amp.

RF

Amp.

RF

Amp.

RF

Amp.

RF

Amp.

RF

SM3

SM2SM2SM2

SM3

SM3

Bump3

Bu mp4

Q DX

QFN

QFN

QFX

QFX

QDN

QDN

QDX

QFN

QFN

QFX

QFX

QDN

QDN

QDX

QFN

QFN

QFXQFX

QDN

QDN

QDX

QFN

QFN

QFX

QFX

QDN

QDN

QDX

QDX

QFN

QFN

QFX

QFX

QDN

QDN

QFN

QFN

QFX

QFX

QDN

QDN

QDX

QD X

QFN

QFN

QFX

QFX

QDN

QDN

Q FN

QFN

QFX

QFX

QDN

Q DN

FWG

SM2

D3M2

C2

QFN

QFN

QFXQFX

QDN

QDN

QFN

QFN

QFX

QFX

QDN

QDN

SM3

D3M2

QFTQFRQDRQFRQDTQFPQFTQDS QFS

Y02

QX5

Y01

X01

X02

B01

PB

QX4

QX2

QX1

QX3

Y19

QV7

X04

Y04

B1D

X07

B1U

Y06X06

QA4

X05

Y05

QV1

QA5

QV6

Y08

X08

Y09

X09

QV2

QV3

QV5

QA2

QX8

DMG1

QX6

QX7

X03QX9

QX10

Y03

B02

QA1

QA3

QH5

X14

QB7

X12

X11

Y10

X10

Y11

Y12

BH2

X13Y13

Y14BH3

BH1

QH1QH2

QH4QH3

QB5

QB2

QB1

QB3

QB4

QB6

QC6

Y15X15BH4 Y16X16

QC3QC2QC1 QC4 QC5

X18Y17X17 Y18X19

QC7 QC8

主トンネル

QC9 QC10 QN1

X21X20 Y20

QC11 QC12

Y21

QNQ2QNQ1 QM1

QM2

Y22X22 X23

Y23

QN2

QN3 QN4

ターゲットＣＬ

１９２９６

１３５

設備コントロール室

１５

８８

１３６

３８４

２３ ８

１５ １５６７

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 ﾝ゙ ﾌ゚

Y07

QV4

クレーン走行範囲

− ＳＡＮＳＩＨ

　

・

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*2

Q2260*2

Q2260*2

Q2260*2

D16150_7_5

D16150_7_5

D16150_7_5

D16150C

D16150-80

SQ3060

SQ3060

SQ3060

SQ3060

SQ3060

SQ3060

SQ3060

SQ3060

SQ3060

SQ3060

SQ3060

SQ3060

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*3

S3060*3

S3060*3

Q2260*2

Q2260*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*8

S2260*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 ｶーﾙ系、ｽﾀｯｸ系ﾍｯﾀﾞ

ｶｽ゙ 、排気ﾓﾆﾀ

D16150_7_5

D16150-80

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 22 00 0 kg

ホット冷却水機械室

HX 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

DM1 02

3 00 k gH X 10 21 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 15 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

Q261 00M IC

Q 261 00M IC

分電盤

2 00 0 kg

1 00 0 kg

1 00 0 kg

S3 060 ×3

S3 060 ×3

1 00 0 kg

1 00 0 kg

1 00 0 kg

1 00 0 kg

1 00 0 kg

SQ 30 120 ×2

SQ 30 120 ×2

SQ 30 120 ×2

3 00 0 kg

3 00 0 kg

2 00 0 kg

2 00 0 kgD1 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 kgD1 61 50

3 00 0 kg

2 00 0 kgD1 61 50

3 00 0 kg

1 00 0 kg

1 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 kgQ 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 ×2 S2 650 MI C×2 S3 060 ×3

X17QC4X16 Y16 QC5 QC6Y17 QC7 X18 Y18 QC8 QC11QC10QC9X19 Y19 Y20X20 QC12

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 - 22 00 k g

P 3 01 - 12 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

8.3x1013 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

MUSE

4

NMトンネル M1トンネル M2トンネル

QC10Q2260 LQ30120

QNQ1 QNQ2 QM1Q26100MIC

QM2Q26100MIC

QN1Q26100MIC

QN2Q26100MIC

QN3Q26100MIC

QN4Q26100MIC

Y20S2260AC

M20X20S2260AC

Y21S3060AC

M21X21S3060AC

Y22S2650MIC

M22X22S2650MIC

Y23S2650MIC

M23X23S2650MIC

QC11Q2260

QC12

P6

TMP 7

物質・生命実験施設

LQ30120 LQ30120

261500 314000B.W

ダクト径φ290

  Muon   Tar get

      FCV3（DN200）

      FCS（DN200）

QM1Q26100MIC

QM2Q26100MIC

proton beam window

neutron target

QM3Q26100MIC

QM4Q26100MIC

QM5Q26100MIC

QM6Q26100MIC

Y22S2650MIC

M22X22S2650MIC

Y23S2650MIC

M23X23S2650MIC

muon target collimators

1600

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

X05S2260AC

Y05S2260AC

M05

B1UD16150V

QA5

X06S2260AC

QV1Q2260

Y06S2260AC

M06

QV2Q2260

QV3Q2460

QV4Q2260

QV5Q2260

QV6Q2260

QV7Q2260

B1D

B16150V

QB1Q2260

QB2 QB3Q2260

QB4Q2260

QB5Q2260

QB6Q2260

X07S2260AC

Y07S2260AC

M07

X08S2260AC

X08S2260AC

M08

Y09S2260AC

X09S2260AC

M09 X10S2260AC

Y10S2260AC

M10 Y11S2260AC

M11X11S2260AC

Q2260 Q2260

Q2260P4

P3

      Foi l（DN200）

    GV-­‐man（DN200）

    GV-­‐man（DN200）

      TMP（200   l /s）

水平偏向部 直線部C

QB7Q2260

BH1B16150

QH1Q2260

BH2B16150

QH2Q2260

QH3Q2260

QH4Q2260

QH5Q2260

BH3B16150

BH4B16150

QC2 QC3Q2260

QC4Q2260

QC5Q2260

QC6Q2260

QC7Q2260

QC8Q2260

QC9Q2260

QC1LQ30120

Y12S2260AC

X12S2260AC

M12 X13S2260AC

M13Y13S2260AC

Y14S2260AC

M14X14S2260AC

Y15S3060

M15X15S3060

Y16S2260AC

M16X16S2260AC

Y17S2260AC

M17X17S2260AC

Y18S2260AC

M18X18S2260AC

Y19S2260AC

M19X19S2260AC

LQ30120P5

      GV3（DN200）

      GV4（DN200）

QC9Q2260

QC10Q2260

← 3GeV RCS beam dump

horizontal bend

neutrontarget

muon target

NM tunnel

QX1

SQ3060

X01S3060

QX2 QX3 QX4

Y01S3060

B01

D15150

QX6PB

PB13150

QX7

M01 X02S3060

Y02S3060

M02

QX8 DMP

D15150C11.8deg

QX9QX5 QX10

X03S3060

M03

B02

Y03S3060

QA1 QA2

X04S3060

Y04S3060

M04

QA3

SQ3060 SQ3060 SQ3060 SQ3060 SQ3060 SQ3060 SQ3060 SQ3060 SQ3060 SQ3060 SQ3060 SQ3060D16150

ダンプ入射P1

FCV1   &   FCS1( DN200)P2

      GV3（φ 320）

      GV2（φ 320）       GV1

（φ 320）

proton beam windowcollimators

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

QC10Q2260 LQ30120

QNQ1 QNQ2 QM1Q26100MIC

QM2Q26100MIC

QN1Q26100MIC

QN2Q26100MIC

QN3Q26100MIC

QN4Q26100MIC

Y20S2260AC

M20X20S2260AC

Y21S3060AC

M21X21S3060AC

Y22S2650MIC

M22X22S2650MIC

Y23S2650MIC

M23X23S2650MIC

QC11Q2260

QC12

P6

TMP 7

物質・生命実験施設

LQ30120 LQ30120

261500 314000B.W

ダクト径φ290

  Muon   Tar get

      FCV3（DN200）

      FCS（DN200）

QM1Q26100MIC

QM2Q26100MIC

proton beam window

neutron target

QM3Q26100MIC

QM4Q26100MIC

QM5Q26100MIC

QM6Q26100MIC

Y22S2650MIC

M22X22S2650MIC

Y23S2650MIC

M23X23S2650MIC

muon target collimators

1600

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

X05S2260AC

Y05S2260AC

M05

B1UD16150V

QA5

X06S2260AC

QV1Q2260

Y06S2260AC

M06

QV2Q2260

QV3Q2460

QV4Q2260

QV5Q2260

QV6Q2260

QV7Q2260

B1D

B16150V

QB1Q2260

QB2 QB3Q2260

QB4Q2260

QB5Q2260

QB6Q2260

X07S2260AC

Y07S2260AC

M07

X08S2260AC

X08S2260AC

M08

Y09S2260AC

X09S2260AC

M09 X10S2260AC

Y10S2260AC

M10 Y11S2260AC

M11X11S2260AC

Q2260 Q2260

Q2260P4

P3

      Foi l（DN200）

    GV-­‐man（DN200）

    GV-­‐man（DN200）

      TMP（200   l /s）

水平偏向部 直線部C

QB7Q2260

BH1B16150

QH1Q2260

BH2B16150

QH2Q2260

QH3Q2260

QH4Q2260

QH5Q2260

BH3B16150

BH4B16150

QC2 QC3Q2260

QC4Q2260

QC5Q2260

QC6Q2260

QC7Q2260

QC8Q2260

QC9Q2260

QC1LQ30120

Y12S2260AC

X12S2260AC

M12 X13S2260AC

M13Y13S2260AC

Y14S2260AC

M14X14S2260AC

Y15S3060

M15X15S3060

Y16S2260AC

M16X16S2260AC

Y17S2260AC

M17X17S2260AC

Y18S2260AC

M18X18S2260AC

Y19S2260AC

M19X19S2260AC

LQ30120P5

      GV3（DN200）

      GV4（DN200）

QC9Q2260

QC10Q2260

← 3GeV RCS beam dump

horizontal bend

neutrontarget

muon target

NM tunnel

QX1

SQ3060

X01S3060

QX2 QX3 QX4

Y01S3060

B01

D15150

QX6PB

PB13150

QX7

M01 X02S3060

Y02S3060

M02

QX8 DMP

D15150C11.8deg

QX9QX5 QX10

X03S3060

M03

B02

Y03S3060

QA1 QA2

X04S3060

Y04S3060

M04

QA3

SQ3060 SQ3060 SQ3060 SQ3060 SQ3060 SQ3060 SQ3060 SQ3060 SQ3060 SQ3060 SQ3060 SQ3060D16150

ダンプ入射P1

FCV1   &   FCS1( DN200)P2

      GV3（φ 320）

      GV2（φ 320）       GV1

（φ 320）

proton beam windowcollimators

pulse magnet to 50-GeV MR

厚さ　2cm 外径　Φ33cm 長さ 2m 幅 34cm

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）

Supporterof ASSY

Multi-purpose hole

Pipe for H2O

PBW

Pillow seal

Duct

Feedthrough formonitor

Plenum

Pin for placement

Height: 5 mWeight: 10 t

Connectors

Flange

Iron shield

Concrete shield

Base for PBW

Rough guide（mounted He vessel）

Supporterof ASSY

Multi-purpose hole

Pipe for H2O

PBW

Pillow seal

Duct

Feedthrough formonitor

Plenum

Pin for placement

Height: 5 mWeight: 10 t

MLF水銀ターゲット

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

TC

周辺部発熱密度＜1W/cc σh、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/m3) O3060(幅1.2m,磁極長0.6m, 6t)

By∝x3

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

iver

genc

e

位置　Position

位置　Position

位置　Position

角度

　D

iver

genc

e 強

度　

Inte

nsity

強度

　In

tens

ity

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 Vertical

ミュオン標的 陽子ビーム窓

S(m)

σx, σ

y (m

m)

Bea

m w

idth

D

ispe

rsio

n

ηx, 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 0 100

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

Inte

nsity

(Arb

uni

t)

-100 0 1000

1000

2000

Position (mm)

Inte

nsity

(Arb

uni

t)

Horizontal

Vertical0

1000

2000

Inte

nsity

(Arb

uni

t)

-100 0 1000

1000

2000

Position (mm)

Inte

nsity

(Arb

uni

t)

Horizontal

Vertical0

1000

2000

Inte

nsity

(Arb

uni

t)

-100 0 1000

1000

2000

Position (mm)

Inte

nsity

(Arb

uni

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 •  八極電磁石周辺で僅かにビームロス発生→βを減少しても30%減少可能

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

OCT 1200A OCT 698A ミュオン標的有

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

OCT 1200A

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