１次陽子ビームのエネルギーが ニュートリノ・フラックスおよび機器に 与える影響について

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1 １次陽子ビームのエネルギーが ニュートリノ・フラックスおよび機器に 与える影響について
市川　温子

2 nm フラックス 同じビームパワーでは フラックスは陽子のエネルギーが低い方が大きい。 （ただし、ハドロン生成モデルのせいかもしれない。）
　フラックスは陽子のエネルギーが低い方が大きい。 （ただし、ハドロン生成モデルのせいかもしれない。） 　高エネルギーのテイルは、陽子のエネルギーが低い方が、少ない。 （K中間子の寄与が小さくなるためと考えられる。)

3 ne フラックス 同じビームパワーでは neフラックスも陽子のエネルギーが低い方が大きい。
（ただし、ハドロン生成モデルのせいかもしれない。） 　nmに対する比としては、あまり依存性がない。

4 バックグランドを生成する高エネルギーのテイルは、１次陽子ビームのエネルギーが低い方が小さい。（例えば30GeVでは、50GeVに比べて~20%小さい）　そのため、物理の観点からは、１次陽子ビームのエネルギーが低い方が有利である。ただし、統計誤差の寄与の方が大きいので、ビームパワーの方がより、重要ではある。

5 機器に対する影響 短パルスの大強度ビームが物質に入射すると、瞬間的な温度上昇により熱衝撃が
発生する。特に標的、第一電磁ホーンにおいて最も厳しい。（ぎりぎりの設計になっている。） １次陽子ビームのエネルギーを低くして、繰り返し周期を上げることにより同じビームパワーにする場合、 長所 　標的、電磁ホーンにおける熱応力が軽減する。（次ページ参照） 　陽子ビームライン磁石の磁場が低くなるため電気代が削減される。（∝E2) 超伝導磁石のクエンチにたいする裕度が上がる。 短所 　ビーム窓の熱負荷が増加する。ただし、冷却能力を高めれば対応可能と思われる。 　エミッタンスが大きくなるので、ビームロスは増える可能性がある。 長所、短所ともにあるが、標的および第一電磁ホーンにおける熱応力の問題は深刻であり、総合的に見て、低いエネルギー、高い繰り返し周期の方がビームラインにとって好ましいと（個人的には）思う。

6 標的および第１電磁ホーンの瞬間的温度上昇 (zはビーム軸に沿った位置）

7 High Intensity 750kW @ J-PARC 50GeV (design) 1 En(GeV)
Neutrino Flux ∝ ~ Proton beam power (Ep x Np) J-PARC 50GeV (design) Beam power vs Ep Np∝(rep.rate)∝(Tinj+ a x Ep) -1 Higher Ep  Higher power (If Tinj=0, Power indep. from Ep ) Energy: High: small beamless beam loss Low: less thermal shock Important thing: Leave Options Impact on Facility Controlling BEAM LOSS is CRITICAL Radio-activation of beam line components Radiation shielding Cooling problem Most of 750kW heat deposited in target area, decay volume, beam dump (cf ~13kW escaped with neutrino) nm flux/proton (a.u.) 50GeV 40GeV 30GeV 1 En(GeV) Tinj Acc Peak Flux normalized by Beam Power 30 40 50 Proton Energy (GeV) Ep: proton energy, Tinj: injection time Np: # of protons in a given time,