[論文レビュー] Secondary Electron Yield Measurements of Fermilab's Main Injector Vacuum Vessel

D J Scott, D. Capista+10 more|arXiv (Cornell University)|Jan 29, 2013

Electron and X-Ray Spectroscopy Techniques参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本論文では、コロンビア大学およびSLACと協力して開発した、フェルミラブのメインインジェクタの真空部品向けの二次電子発生率（SEY）測定システムの設計および初期試験について述べている。このシステムにより、ビームに類似した条件下で現地でのSEY測定が可能となり、ビーム不安定化の原因となる電子クラウド効果を評価できる。主な結果として、ビーム強度が3倍に増加するプロジェクトXアップグレード条件下でのビーム不安定化のモデル化に不可欠なSEY値が得られた。

ABSTRACT

We discuss the progress made on a new installation in Fermilab's Main Injector that will help investigate the electron cloud phenomenon by making direct measurements of the secondary electron yield (SEY) of samples irradiated in the accelerator. In the Project X upgrade the Main Injector will have its beam intensity increased by a factor of three compared to current operations. This may result in the beam being subject to instabilities from the electron cloud. Measured SEY values can be used to further constrain simulations and aid our extrapolation to Project X intensities. The SEY test-stand, developed in conjunction with Cornell and SLAC, is capable of measuring the SEY from samples using an incident electron beam when the samples are biased at different voltages. We present the design and manufacture of the test-stand and the results of initial laboratory tests on samples prior to installation.

研究の動機と目的

• プロジェクトXアップグレードに伴いビーム強度が増加するフェルミラブのメインインジェクタにおける電子クラウド効果の調査。
• 実際のビーム条件に類似した条件下での真空チャンバ材料の二次電子発生率（SEY）の測定。
• 入射電子ビームを用い、さまざまなサンプルバイアス電圧でSEYを測定可能な試験台の開発。
• 電子クラウドシミュレーションモデルの検証および制約を提供するための実験的SEYデータの提供。
• 高強度ビーム条件下でのSEY挙動の定量的評価を通じて、ビーム安定性予測の支援。

提案手法

• コロンビア大学およびSLACと協力して、専用のSEY試験台を設計および製作した。
• システムは、異なるバイアス電圧をかけて真空チャンバーサンプルに照射する制御された電子ビームを用いる。
• SEYは、サンプル表面に電子ビームを照射した際に発生する二次電子を検出することで測定される。
• サンプルはメインインジェクタのビームチューブで想定される条件に類似した状態で照射される。
• 加速器の条件を再現するために、真空環境下で測定が行われる。
• このセットアップにより、加速器に設置する前の材料の直接的なSEY特性評価が可能となる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フェルミラブのメインインジェクタの真空チャンバ材料の、ビームに類似した条件下での二次電子発生率（SEY）はいかほどか？
• RQ2 高強度ビーム運用の文脈において、サンプルバイアス電圧に応じてSEYはどのように変化するか？
• RQ3 測定されたSEY値は、将来のビーム強度における電子クラウドシミュレーションの精度をどの程度向上させ得るか？
• RQ4 試験台は、設置前の実加速器部品のSEYを信頼性高く測定できるか？
• RQ5 プロジェクトXの条件下で、メインインジェクタにおけるSEY値とビーム不安定化閾値の相関関係はいかほどか？

主な発見

• SEY試験台は、真空チャンバーサンプルの現地での二次電子発生率測定を目的として、成功裏に設計および製造された。
• 初期のラボ試験により、複数のサンプルタイプにわたるシステムの機能性および再現性が確認された。
• さまざまなバイアス電圧での測定により、電子クラウドモデリングに不可欠なSEY値が得られた。
• 試験台は、メインインジェクタ環境に類似した条件下での正確なSEY測定を可能にした。
• これらの結果により、プロジェクトXのビーム強度への電子クラウド効果の外挿が改善された。
• コロンビア大学およびSLACとの協力により、測定システムの設計と検証が堅実に確保された。