[論文レビュー] Design of Pre-Dumping Ring Spin Rotator with a Possibility of Helicity Switching for Polarized Positrons at the ILC

L. I. Malysheva, Adeyemi, O. S.+8 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2016

Particle accelerators and beam dynamics参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、ILCにおける極化陽電子ビームのための高速でトレイン単位のヘリシティ切り替えを可能にする、コンactなプリドーピングリングベースのスピンローターサイクロトロン／スピンフラッパー方式を提案する。2本の平行ビームラインに逆方向に偏光した超伝導ソレノイドを用い、ソレノイドによるスピンプロセッションを介して90°スピン回転とヘリシティ反転を実現する。MAD8およびBMADシミュレーションによる光学整合性の確認がなされ、顕著な偏極度低下効果は認められない。

ABSTRACT

The use of polarized beams enhance the possibility of the precision measurements at the International Linear Collider (ILC). In order to preserve the degree of polarization during beam transport spin rotators are included in the current TDR ILC Lattice. In this report some advantages of using a combined spin rotator/spin flipper are discussed. A few possible lattice designs of spin flipper developed at DESY in 2012 are presented.

研究の動機と目的

• ILCにおける極化陽電子ビームの高速でトレイン単位のヘリシティ反転を可能にし、高精度測定に不可欠な要件を満たす。
• メインドーピングリングの制約を避けるために、プリドーピングリング（PLTR）部におけるコンパクトでエミッタンスを保持するスピンローターを設計する。
• 逆方向に偏光した超伝導ソレノイドを備えた2本の平行ビームラインを用いて、統合されたスピンローターおよびスピンフラッパーを実装する。
• 光学整合性とビームダイナミクスの維持を確保することで、既存のILCラティス設計と互換性を持つようにする。
• 複数の加速器シミュレーションコードを用いた設計の妥当性評価と、偏極度低下リスクの分析を行う。

提案手法

• 2mの水平分離を有する2本のビームラインを用い、パルス式キッカーと複合機能を持つ湾曲・偏折磁石を組み合わせて、ビームを分岐・再結合する二枝ラティスを設計する。
• 1セルあたり120°の位相差を持つ対称的および非対称的FODOベースのドッグレッグ構成を実装し、アキスマチック性を維持するとともに分散抑制器を回避する。
• 逆方向に偏光した2つの超伝導ソレノイド（ソレノイド1：8.32 m、26.18 T·m；ソレノイド2：5 m、26.2 T·m）を用い、スピンプロセッションを誘発し、90°スピン回転を達成する。
• MAD8コードを用いてラティス最適化を行い、セクションDの123.595 mの長さ制約に収まるようにし、フルPLTRラティスへの統合に向けた追加の整合部を設ける。
• ELEGANTを用いた光学の相互検証と、BMADコードによるスピンダイナミクスのシミュレーションにより、偏極度低下の影響を評価する。
• 非対称設計では、ソレノイド位置を6–11 mずつずらして水平方向のオフセットを導入し、横方向の空間を節約する。これに応じてFODOセル数を調整する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 プリドーピングリングスピンローターは、ILCにおける極化陽電子ビームの高速でトレイン単位のヘリシティ切り替えを可能にするか？
• RQ2 逆方向に偏光した2本のビームラインを備えた二重ビームライン構成を用いて、90°スピン回転とヘリシティ反転を達成することは可能か？
• RQ3 提案されたラティス設計はビームエミッタンスを保持し、顕著な偏極度低下を引き起こさないか？
• RQ4 既存のILC PLTRラティスに制約を伴わず統合可能か？
• RQ5 異なるソレノイド長さと磁場積分値は、スピンローターの実現可能性と性能にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 対称的および非対称的ラティス設計は、逆方向に偏光した2本の平行ビームラインとソレノイドを用いて、90°スピン回転とトレイン単位のヘリシティ切り替えを成功裏に達成した。
• 統合されたスピンローター／スピンフラッパー部の全長は80 mであり、PLTRラティスのセクションDの123.595 mの制約に収容可能であった。
• 磁場積分値が26.18 T·m（8.32 m）および26.2 T·m（5 m）の両ソレノイドバージョンとも実現可能であり、光学整合性を満たしていた。
• MAD8を用いた光学整合性の達成と、ELEGANTによる相互検証により、複数のシミュレーションプラットフォーム間での一貫性が確認された。
• BMADによるスピン追跡シミュレーションでは、ビーム光学に起因する顕著な偏極度低下効果は認められず、設計の安定性が裏付けられた。
• 非対称設計により、各ビームラインで0.54 mの水平オフセットを実現し、ソレノイド位置のシフトにより横方向の空間使用量を削減可能であり、追加のFODOセルを用いた調整により光学整合性を維持した。