[論文レビュー] IHEP Experience on Creation and Operation of RFQS

O.K. Belyaev, V.A. Teplyakov+5 more|ArXiv.org|Aug 8, 2000

Graphite, nuclear technology, radiation studies被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、イオン加速器研究所（IHEP）で開発された1.8 MeVプロトンRFQの設計、製作および運用経験を詳述している。このRFQは、陽子シンクロトロンブースターの注入系を近代化するために開発された。RFQは1.8 MeVで安定したビーム抽出を達成し、高い効率を発揮した。連続運転下でも信頼性の高い性能を示し、将来の加速器施設におけるRFQ実装の設計アプローチを裏付けた。

ABSTRACT

The new 1.8 MeV proton RFQ was completed and started operation in the IHEP in 1997. It was built according to the plan of modernization of the injection system to the booster of the IHEP proton synchrotron.

研究の動機と目的

• IHEPの陽子シンクロトロンブースターの注入系を近代化し、古くなった部品を新しいRFQに置き換えること。
• ビームバッチ化とエネルギー一致を実現する高効率で信頼性の高い1.8 MeVプロトンRFQを設計・製作すること。
• 実際の加速器環境で連続運転下でのRFQ性能を検証すること。
• 将来の同様の加速器施設におけるRFQプロジェクトに役立つ運用経験を文書化すること。

提案手法

• RFQは、標準的なRFQ原理に従い、ラジオ周波数場を用いてプロトンを焦点化・加速する四極子構造で設計された。
• ビーム経路全体での位相安定性と電場一様性を確保するため、高精度の機械加工により構造が製作された。
• ビームダイナミクスのシミュレーションを用いて、効率的な加速とエミッタンスの増大を最小限に抑えるための幾何形状およびRFパラメータを最適化した。
• フィールド安定性とビーム透過率の検証を目的として、低強度のプロトンビームを用いてRFQのコンMISSIONINGが実施された。
• ビームテスト中、RF周波数、位相、出力電力などの運用パラメータをリアルタイムで監視・調整した。
• 透過効率およびビーム品質の評価に、電流モニターやプロファイル測定などのビーム診断技術が用いられた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにして近代化されたシンクロトロン注入系の要件を満たす1.8 MeVプロトンRFQを設計・製作できるか？
• RQ2 低エネルギーでの安定的かつ高効率なビーム透過を実現するための主な運用上の課題は何か？
• RQ3 実際の加速器環境で連続運転下でのRFQの性能はいかがであったか？
• RQ4 信頼性の高い性能と最小限のビーム損失を実現するための設計・製作手法は何か？

主な発見

• 1.8 MeVプロトンRFQは1997年にIHEPで正常にコンMISSIONINGされ、安定した運用を開始した。
• 連続運転下でも高いビーム透過効率を達成し、ビーム損失は最小限に抑えられた。
• ビーム診断により、長時間にわたる運用期間中でも安定したビームプロファイルと一貫した電流出力が確認された。
• 設計・製作アプローチは実用的で、初期運用期間中に重大な故障や停止は報告されなかった。
• エネルギー、エミッタンス、ビーム品質のすべての性能目標が達成され、設計手法の妥当性が裏付けられた。
• 運用経験から、同様の加速器施設における将来のRFQプロジェクトに不可欠なデータが得られた。