[論文レビュー] Fifty years of the CERN Proton Synchrotron : Volume 2

Hübner, Kurt, Carli, Christian+22 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2013

International Science and Diplomacy参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

このCERN陽子シンクロトロン50周年記念報告書の巻は、陽子線形加速器、PSブースター、LEPプレインジェクタ、反陽子リング、LEIRを含むPSインジェクタ・チェーンの進化と技術的運用を詳述している。これらのシステムの統合により、陽子、イオン、電子、ポジトロン、反陽子の加速が可能となり、50年にわたり加速器物理学分野における多様性と持続的イノベーションを実証している。

ABSTRACT

This report sums up in two volumes the first 50 years of operation of the CERN Proton Synchrotron. After an introduction on the genesis of the machine, and a description of its magnet and powering systems, the first volume focuses on some of the many innovations in accelerator physics and instrumentation that it has pioneered, such as transition crossing, RF gymnastics, extractions, phase space tomography, or transverse emittance measurement by wire scanners. The second volume describes the other machines in the PS complex: the proton linear accelerators, the PS Booster, the LEP pre-injector, the heavy-ion linac and accumulator, and the antiproton rings.

研究の動機と目的

• CERN陽子シンクロトロンインジェクタ複合体が50年にわたりどのように技術的進化を遂げ、運用されてきたかを記録すること。
• Linac 1、PSブースター、Linac 2、LEPプレインジェクタを含む主要インジェクタの設計および機能を詳細に記述すること。
• 反陽子蓄積および保存システム（反陽子蓄積器、収束器、減速器、LEIR）の開発および運用を説明すること。
• PS複合体が多目的加速器複合体へと進化し、多様な粒子種を扱えるようになったプロセスを示すこと。
• Dieter Möhlを含む主要なエンジニアおよび物理学者たちの貢献に賛辞を送ること、彼らの仕事によってシステムの長期的成功が支えられていたこと。

提案手法

• 各インジェクタ・システムの設計、据付、アップグレードの歴史的記録を体系的に文書化すること。
• 歴史的記録、技術仕様、運用データを用いて、ビームパラメータおよびシステム能力の進化を追跡すること。
• 加速器物理学および工学分野の主要専門家からの貢献を統合し、技術的正確性を確保すること。
• 既存のPSインfraストラクチャへの新規システムの統合に重点を置き、柔軟性および保守性を維持すること。
• 反陽子システムで用いられたビームダイナミクス技術（位相空間操作、ステーショナリィ・クーリング）を提示すること。
• CERNオープンアクセス・モデルを用いて、技術的および歴史的データの広範な配布と長期的アクセス可能性を確保すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CERN陽子シンクロトロンインジェクタ・チェーンは、初期構成からどのようにして複数の粒子種を加速できるようになったのか？
• RQ2 PS複合体が陽子、イオン、電子、ポジトロン、反陽子を処理できるようになった鍵となる技術的イノベーションは何か？
• RQ3 反陽子蓄積および保存システム（AA、AC、AD、LEIR）は、PS複合体の多様性にどのように寄与したか？
• RQ4 LEPプレインジェクタおよびLinac 3は、LEPおよびLHC計画を支援するために果たした役割は何か？
• RQ5 初期のPS設計は、根本的な見直しを経ずに何十年にもわたりアップグレードと適応性を維持できたのか、その理由は何か？

主な発見

• PSインジェクタ・チェーンは、単一の陽子線形加速器から出発し、Linac 1、PSブースター、Linac 2、LEPプレインジェクタを含む多段階システムへ進化し、高強度ビーム供給を可能にした。
• 反陽子蓄積器（AA）、収束器（AC）、減速器（AD）は、反陽子の効率的蓄積と冷却を可能にし、SPSおよびLHC実験にとって不可欠であった。
• LEIR（低エネルギー反陽子およびイオンリング）は、低発散度の高品質な反陽子および軽いイオンの供給源として専用に設計され、高精度物理学を支援した。
• PS複合体は、50年間で1パルスあたり10^10から3×10^13の陽子へビーム強度が向上し、優れたスケーラビリティと信頼性を示した。
• 多様なインジェクタの統合とPS設計の柔軟性のおかげで、1つのスーパーサイクル内で陽子、軽いおよび重いイオン、ポジトロン、電子、反陽子の加速が可能になった。
• PS複合体の持続的かつ成功した運用は、的確な工学的設計、保守性、そして世代を超えた加速器物理学者およびエンジニアたちの継続的イノベーションに支えられていた。