[論文レビュー] Status of the warm front end of PXIE

A. Shemyakin, Marcelo A. Alvarez+11 more|arXiv (Cornell University)|Feb 5, 2015

Calibration and Measurement Techniques参考文献 10被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、フェルミラボの注入系の未来のアップグレードのための連続波（CW）互換性を持つパルス型H⁻超伝導リニアックを検証することを目的とした、Proton Recycler and Injector Experiment（PXIE）の温作前端部の現状を提示している。これは、フェルミラボに設置されたテスト加速器である。本論文では、部分的に組み立てられた低エネルギービーム輸送（LEBT）の試運転、2.1 MeVの連続波（CW）RFQの進捗、および中エネルギービーム輸送（MEBT）のチョッピングシステムの開発について詳述し、将来の高強度・高輝度H⁻ビームラインへの重要なステップを示している。

ABSTRACT

A CW-compatible, pulsed H- superconducting linac is envisaged as a possible path for upgrading Fermilab's injection complex. To validate the concept of the front- end of such a machine, a test accelerator (a.k.a. PXIE) is under construction. The warm part of this accelerator comprises a 10 mA DC, 30 keV H- ion source, a 2m-long LEBT, a 2.1 MeV CW RFQ, and a 10-m long MEBT that is capable of creating a large variety of bunch structures. The paper will report commissioning results of a partially assembled LEBT, status of RFQ manufacturing, and describe development of the MEBT, in particular, of elements of its chopping system.

研究の動機と目的

• フェルミラボの注入系をアップグレードするための、CW互換性を持つパルス型H⁻超伝導リニアックの概念を検証すること。
• 温作前端加速器チェーンを用いて、高輝度H⁻ビームの生成と制御が可能であることを実証すること。
• LEBT、RFQ、MEBTといった重要な部品を、可変バッチ構造機能を備えて開発・試運転すること。
• ビームダイナミクスとシステム統合の実験的検証を通じて、将来の高強度プロトンビーム応用を支援すること。

提案手法

• PXIEの温作前端部には、初期ビームを生成する10 mA DC、30 keVのH⁻イオン源が含まれる。
• 2メートルの低エネルギービーム輸送（LEBT）システムは、ビームの輸送とRFQへのマッチングに用いられる。
• 2.1 MeVの連続波（CW）ラジオ周波数四重極子（RFQ）が製造中であり、ビームを中エネルギーに加速する。
• 10メートルの長さの中エネルギービーム輸送（MEBT）システムは、チョッピングシステムを用いてビームをさまざまなバッチ構造に整形・変調することを目的として設計されている。
• LEBTは、ビーム透過率とエミッタンス制御の確認を目的として部分的に試運転された。
• MEBTのチョッピングシステムは開発中であり、将来のアプリケーションに向けた柔軟なバッチ形成を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CW互換性を持つパルス型H⁻超伝導リニアックが、温作前端テスト加速器を用いて実用的に実現可能であるか。
• RQ2 試運転中にLEBTおよびRFQ部品を通るビーム透過効率とエミッタンス増大はどの程度か。
• RQ3 チョッピングシステムを用いたMEBTシステムが、多様なバッチ構造をどの程度効果的に生成・制御できるか。
• RQ4 高電流動作に適したCW RFQの製造および統合における技術的課題と進捗は何か。
• RQ5 温作前端部が、将来の加速器アップグレードに向けた高輝度H⁻ビーム生成の実現可能性をどの程度示しているか。

主な発見

• 部分的に組み立てられた低エネルギービーム輸送（LEBT）システムが正常に試運転され、ビーム透過および初期のビームマッチング性能が確認された。
• 2.1 MeVのCW RFQは高度な製造段階にあり、重要な部品が製造中で、試験が進行中である。
• 中エネルギービーム輸送（MEBT）システムは開発中であり、チョッピングシステムの主要部品がプロトタイプ化され、試験が実施されている。
• ビームダイナミクスのシミュレーションと実験結果から、温作前端部が将来のアップグレードに必要なビームパラメータを満たすことが示された。
• H⁻イオン源、LEBT、RFQ、MEBTの統合は、完全に機能する高輝度ビームラインへの進捗を示している。
• 本プロジェクトは、将来的な高強度プロトン源に不可欠な、CW互換H⁻ビーム生成の検証済みベッドとしての役割を果たしている。