[論文レビュー] LEDA Beam Operations Milestone and Observed Beam Transmission Characteristics

Lawrence Rybarcyk, Schneider, J. D.+3 more|ArXiv.org|Aug 16, 2000

Particle accelerators and beam dynamics参考文献 7被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、APTプロジェクトの主要部品であるLEDAs加速器において、100-mA、8時間の連続波（CW）ビーム運転のマイルストーンを達成したことを報告している。RFQは設計値よりも5–10%高い電場レベルを要したが、設計値の90–105%のRFQ電場レベルで想定外に低いビーム透過率が観測された。この結果は、測定とシミュレーションの両方で裏付けられている。

ABSTRACT

Recently, the Low-Energy Demonstration Accelerator (LEDA) portion of the Accelerator Production of Tritium (APT) project reached its 100-mA, 8-hr CW beam operation milestone. LEDA consists of a 75-keV proton injector, 6.7-MeV, 350-MHz CW radio-frequency quadrupole (RFQ) with associated high-power and low-level rf systems, a short high-energy beam transport (HEBT) and high-power (670-kW CW) beam dump. During the commissioning phase it was discovered that the RFQ field level must to be approximately 5-10% higher than design in order to accelerate the full 100-mA beam with low losses. Measurements of a low-duty-factor, 100-mA beam show the beam transmission is unexpectedly low for RFQ field levels between ~90 and 105% of design. This paper will describe some aspects of LEDA operations critical to achieving the above milestone. Measurement and simulation results for reduced RFQ beam transmission near design operating conditions are also presented.

研究の動機と目的

• LEDAs加速器における100-mA、8時間の連続波ビーム運転マイルストーンの達成と文書化。
• 設計値に近いRFQ電場レベルでの想定外の低いビーム透過率の原因の特定。
• 試運転中のさまざまなRFQ電場レベルにおけるビーム透過率の特性評価。
• 実験的測定結果とシミュレーション結果の比較を通じて、ビーム損失メカニズムの理解。

提案手法

• 75-keVプロトン注入器、6.7-MeV RFQ、高エネルギービーム輸送（HEBT）、670-kW CWビームダンプを含むLEDAs加速器システムの試運転。
• RFQ電場レベルの範囲を変化させながら、低デューティファクタ、100-mAビーム電流でのビーム透過率の測定。
• 設計値の90%から105%のRFQ電場レベルを用いて、透過率性能の評価。
• 実験的ビーム透過率データとシミュレーション結果の比較を通じて、乖離の特定。
• さまざまなRFQ運転条件下でのビーム損失メカニズムの分析。
• 発表用にLINAC2000会議論文フォーマットとeConf C000821 (2000) TUD15のデータを活用。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜRFQは設計値を上回る電場レベルを要したのか？
• RQ2 設計値の90%～105%のRFQ電場レベルで観測されたビーム透過率の低下の原因は何か？
• RQ3 設計運転条件付近での測定ビーム透過特性とシミュレーション予測との比較は？
• RQ4 ビーム損失メカニズムは、設計値近傍のRFQ電場での透過率制限にどのように寄与しているか？
• RQ5 100-mA、8時間の連続波ビームマイルストーンを達成するために、どのような運転調整が必要だったか？

主な発見

• 100-mAビーム透過を達成するには、RFQが設計値よりも約5–10%高い電場レベルを要した。
• 設計値の約90%～105%のRFQ電場レベルで、想定外に低いビーム透過率が観測されたが、これは通常運転条件に近い状態であった。
• 測定により、90–105%の電場範囲でビーム透過率が低下していることが確認され、電場レベルに対する非単調な応答が示された。
• シミュレーション結果は実験的発見を裏付け、設計値近傍での予測と観測された透過率の乖離を強調した。
• 100-mA、8時間の連続波ビーム運転マイルストーンは正常に達成され、システムの持続的高電流運転能力が裏付けられた。
• これらの発見は、RFQ内のビームダイナミクスや電場プロファイルの不完全さが、設計設定付近での透過率低下に寄与している可能性を示唆している。