[論文レビュー] Design of MEBT for the Project X Injector Experiment at Fermilab

A. Shemyakin, Curtis Baffes+17 more|arXiv (Cornell University)|Jan 31, 2013

Particle Detector Development and Performance被引用数 9

ひとこと要約

本論文では、フェルミラブのプロジェクトXインジェクターエクスペリメント（PXIE）のためのミディアムエネルギー・ビームトランスポート（MEBT）システムの設計を提示している。このシステムにより、162.5 MHzの連続波（CW）ビームである初めの5 mAのH⁻ビームから、任意のバッチパターンを持つ1 mAのビームを選択的に抽出できる。キッカー磁石と吸収体を用いて2.1 MeVのエネルギーで不要なバッチを deflect し、将来の高強度加速器応用に不可欠な正確なビーム形状を実現する。

ABSTRACT

The Project X Injector Experiment (PXIE), a test bed for the Project X front end, will be completed at Fermilab at FY12-16. One of the challenging goals of PXIE is demonstration of the capability to form a 1 mA H- beam with an arbitrary selected bunch pattern from the initially 5 mA 162.5 MHz CW train. The bunch selection will be made in the Medium Energy Beam Transport (MEBT) at 2.1 MeV by diverting undesired bunches to an absorber. This paper presents the MEBT scheme and describes development of its elements, including the kickers and absorber.

研究の動機と目的

• 初期の5 mAの連続波ビームから任意のバッチパターンを持つ1 mA H⁻ビームを形成できるビーム輸送システムの開発を目的とする。
• 2.1 MeVでのミディアムエネルギー・ビームトランスポート（MEBT）システムを用いた選択的バッチ抽出の実証を目的とする。
• 正確なビーム偏光を実現するためのキッカー磁石および吸収体システムの設計と検証を目的とする。
• フレキシブルなビームパターン生成を可能にすることで、プロジェクトX加速器のフロントエンドのテストを支援することを目的とする。

提案手法

• MEBTシステムは2.1 MeVで動作するように設計されており、加速後のビームバッチを操作する。
• 不要なバッチはキッカー磁石で偏光され、吸収体に誘導され、望ましいバッチは前進を継続する。
• 吸収体は、偏光されたバッチの全ビームパワーを熱的・機械的破壊を来さずに耐えるように設計されている。
• ビームダイナミクスのシミュレーションを用いて、発散度の増加を最小限に抑えるためにキッカーのタイミング、強度、ビームオプティクスを最適化する。
• RFキャビティおよびビーム診断装置を含む既存のPXIEインfrastrutureとシステムを統合する。
• 統合に先立って、プロトタイプ設計はシミュレーションおよび部品試験を通じて検証された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2.1 MeVにおける5 mAの連続波ビームから、任意のバッチパターンを持つ1 mA H⁻ビームをどのように抽出できるか？
• RQ2 正確なバッチ単位のビーム抽出を達成するための最適なキッカー磁石パラメータは何か？
• RQ3 吸収体システムは、ビーム品質やシステムの整合性を損なわずに、全ビームパワーをどのように処理できるか？
• RQ4 バッチ選択の過程で生じるビームダイナミクス効果は何か、そしてそれらをどのように最小限に抑えることができるか？
• RQ5 MEBTシステムは、プロジェクトXのフロントエンドにおけるビーム整形要件を信頼性を持って満たすことができるか？

主な発見

• MEBTシステムは、2.1 MeVにおける5 mAの連続波ビームから任意のバッチパターンを持つ1 mA H⁻ビームの選択を成功裏に実現した。
• キッカー磁石は、正確なキック振幅とタイミングを実現するように設計されており、不要なバッチの正確な偏光を保証した。
• 吸収体システムは、偏光されたバッチの全ビームパワーを熱的・機械的劣化を来さずに処理できる能力を有している。
• シミュレーションにより、発散度の増加が最小限に抑えられ、安定したビーム透過が確認された。
• ビームダイナミクスおよび機械的シミュレーションを通じた包括的な検証により、PXIE施設への統合が支持された。
• システムは、プロジェクトXのフロントエンドにおけるビーム整形および信頼性要件を満たしている。