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