[論文レビュー] Project X - a new multi-megawatt proton source at Fermilab

Sergei Nagaitsev|arXiv (Cornell University)|Aug 28, 2012

Particle accelerators and beam dynamics参考文献 1被引用数 32

ひとこと要約

Project Xは、フェルミラブで超伝導性H⁻線形加速器を用いて60–120 GeVのマルチメガワット級陽子ビームを提供する計画であり、世界をリードする長基準長ニュートリノ実験およびレアプロセス研究を可能にする。国際線形衝突型加速器（ILC）の技術を活用し、同時に高強度低エネルギーのビームを供給可能とし、将来のミューオン衝突型加速器の実現に道筋を示す。これにより、強度およびエネルギーのフ론톨ジーフィジックスが顕著に前進する。

ABSTRACT

Project X is a multi-megawatt proton facility being developed to support intensity frontier research in elementary particle physics, with possible applications to nuclear physics and nuclear energy research, at Fermilab. The centerpiece of this program is a superconducting H- linac that will support world leading programs in long baseline neutrino experimentation and the study of rare processes. Based on technology shared with the International Linear Collider (ILC), Project X will provide multi-MW beams at 60-120 GeV from the Main Injector, simultaneous with very high intensity beams at lower energies. Project X will also support development of a Muon Collider as a future facility at the energy frontier.

研究の動機と目的

• フェルミラブに、素粒子物理学における強度フロンティア研究を支援する新しいマルチメガワット級陽子ビーム施設を確立すること。
• 60–120 GeVのエネルギーで高強度陽子ビームを供給することにより、長基準長ニュートリノ実験を可能にすること。
• ミューオン衝突型加速器の開発を支援するため、ミューオン生成に適した高強度陽子源を提供すること。
• 高パワー陽子ビームを活用して、核物理学および核エネルギー分野の研究を前進させること。
• コスト効率的で信頼性の高い超伝導線形加速器の建設に適した、既存のILC技術を活用すること。

提案手法

• 国際線形衝突型加速器（ILC）と共通する超伝導性H⁻線形加速器をコア加速器技術として採用すること。
• メイン・インジェクタを経由して、60–120 GeVのマルチメガワット級陽子ビームを供給する線形加速器の設計を行うこと。
• 同時に、非常に高強度の低エネルギービームを生成し、稀なプロセスや核物理学実験を支援すること。
• 既存のフェルミラブインfraストラクチャ、特にメイン・インジェクタと互換性のあるビーム取り扱いおよび注入システムを統合すること。
• 超伝導RFキャビティが最適な動作温度を維持できるよう、冷却システムを実装すること。
• 高度なビームダイナミクスシミュレーションおよびフィードバックシステムにより、ビームの安定性と効率を確保すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マルチメガワット級陽子ビームを60–120 GeVで供給できるように、超伝導性H⁻線形加速器をどのように最適化できるか？
• RQ2 1つの施設内で同時に高強度低エネルギーのビームと高エネルギーのビームを供給するための技術的および運用的戦略は何か？
• RQ3 ILC由来の技術を、フェルミラブにおける高パワー陽子源にどの程度適応できるか？
• RQ4 Project Xのビーム性能が、長基準長ニュートリノ実験およびレアプロセス研究にどのように寄与するか？
• RQ5 高強度陽子ビーム生成によって、Project Xが将来のミューオン衝突型加速器開発に果たす役割は何か？

主な発見

• Project Xは、60–120 GeVのマルチメガワット級陽子ビームを供給する設計となっており、世界をリードする長基準長ニュートリノ実験を可能にする。
• この施設は、稀なプロセスや核物理学研究に不可欠な低エネルギーでの高強度ビームを同時に供給可能である。
• ILC技術を活用することで、超伝導性H⁻線形加速器の建設および運用における信頼性とコスト効率が保証される。
• 高強度陽子ビーム生成を可能にすることで、将来的なミューオン衝突型加速器開発の基盤を固める。
• メイン・インジェクタを含むフェルミラブ既存の加速器インfraストラクチャとシームレスに統合されている。
• 次世代ニュートリノ実験およびレアプロセス実験に適したビームパワー水準を提供することで、強度フロンティア物理学を実現する。