電荷密度分布の制御による大強度陽子ビームの高品質化

J-PARC 3GeV シンクロトロン(RCS)をはじめ、大強度陽子シンクロトロンでは、多くの粒子を蓄積させるためにビーム入射を複数周回にわたって行い、入射ビームを周回ビームに繰り返し重ねる多重入射が行われる。またRCSは、多重入射中に横方向の位相空間上の任意の領域に入射ビームを塗り込める機構を有している(ペイント入射)。RCSでは、先に入射されている周回ビームの軌道を変化させ、入射ビームの軌道とずらしていくことで意図的にビームを太らせ電荷密度を緩和している。このペイント入射は、入射ビームとして周回ビームと反対の電荷をもつ負水素イオンを用いて、入射点に設置した荷電変換膜で陽子に変換して入射する荷電変換入射によって可能となっている。私は、ペイント入射手法を用いてビームの電荷密度分布をコントロールし密度を均一化することで、ビームロスの原因となる空間電荷力が緩和されたビームの形成を目指した研究を行った。1つ目に、RCSで用いられているシミュレーションコードについて、開発者の方と共同での継続的な開発を行った。2つ目に、シミュレーションによって計算された入射過程のビーム分布の妥当性を、実験を通して間接的に確認した。荷電変換多重入射の際、先に入射された周回ビームは繰り返し荷電変換膜に衝突することになる。衝突した粒子は散乱され、一部は入射点下流部の真空ダクト等で直接ロスする。ペイント入射中の膜への衝突数はペイント入射の軌道変動とビーム分布に応答して時間的に変化するため、散乱ロスの実測結果とシミュレーションで得られた膜への衝突数を比較した。その結果、シミュレーションは実験をよく再現しており、シミュレーションの妥当性が確認出来た。

J-PARC 3GeV シンクロトロン(RCS)をはじめ、大強度陽子シンクロトロンでは、多くの粒子を蓄積させるためにビーム入射を複数周回にわたって行い、入射ビームを周回ビームに繰り返し重ねる多重入射が行われる。またRCSは、多重入射中に横方向の位相空間上の任意の領域に入射ビームを塗り込める機構を有している(ペイント入射)。RCSでは、先に入射されている周回ビームの軌道を変化させ、入射ビームの軌道とずらしていくことで意図的にビームを太らせ電荷密度を緩和している。このペイント入射は、入射ビームとして周回ビームと反対の電荷をもつ負水素イオンを用いて、入射点に設置した荷電変換膜で陽子に変換して入射する荷電変換入射によって可能となっている。私は、ペイント入射手法を用いてビームの電荷密度分布をコントロールし密度を均一化することで、ビームロスの原因となる空間電荷力が緩和されたビームの形成を目指した研究を行った。1つ目に、RCSで用いられているシミュレーションコードについて、開発者の方と共同での継続的な開発を行った。2つ目に、シミュレーションによって計算された入射過程のビーム分布の妥当性を、実験を通して間接的に確認した。荷電変換多重入射の際、先に入射された周回ビームは繰り返し荷電変換膜に衝突することになる。衝突した粒子は散乱され、一部は入射点下流部の真空ダクト等で直接ロスする。ペイント入射中の膜への衝突数はペイント入射の軌道変動とビーム分布に応答して時間的に変化するため、散乱ロスの実測結果とシミュレーションで得られた膜への衝突数を比較した。その結果、シミュレーションは実験をよく再現しており、シミュレーションの妥当性が確認出来た。