Beam power upgrade by single-ended rf acceleration cavity

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H00166
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 15:Particle-, nuclear-, astro-physics, and related fields
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: Yamamoto Masanobu 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J－PARCセンター, 研究主幹 (30354749)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 陽子シンクロトロン / 高周波加速

Outline of Final Research Achievements

We have designed and fabricated an acceleration cavity in J-PARC 3-GeV synchrotron to achieve a beam power of 2 MW, which is twice the design value. The calculation shows that a single-ended acceleration cavity is more advantageous for high intensity beam acceleration than a push-pull acceleration cavity, which is considered to be the conventional method. We have completed the fabrication of a prototype single-ended acceleration cavity. The prototype was installed in the accelerator tunnel and was tested with a 1 MW beam, which is the maximum beam power in the current status. As a result, it was demonstrated that the beam can be stably accelerated with 40% less power than the push-pull acceleration cavity, which is expected value by the calculation. This means the single-ended acceleration cavity has an ability to accelerate 2 MW beam.

Free Research Field

加速器科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の最大の学術的意義は、電源、増幅器は既存のものを使用したまま、負荷である加速空胴をシングルエンド励振方式に変更するだけで、設計値の倍である2MWビーム加速が達成可能なことを示したことにある。これは従来プッシュプル励振方式がとされていた高周波加速システムの常識を覆す画期的な成果である。これにより、加速器から物質生命科学や素粒子・原子核実験に供給されるビーム強度を増強することができ、これらの分野における国際的な競争力を高める技術を手にしたことになる。
また社会的意義としては、同じビーム出力を達成するのに4割低い電力で済むことになり、SDGsにも貢献する成果と言える。