[논문 리뷰] Status of the warm front end of PXIE

A. Shemyakin, Marcelo A. Alvarez외 11명|arXiv (Cornell University)|2015. 02. 05.

Calibration and Measurement Techniques참고 문헌 10인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 페르미 국립가속연구소에서 미래의 주입 복합체 업그레이드를 위한 연속파(CW) 호환성, 펄스형 H⁻ 초전도 라인액을 검증하기 위해 설계된 테스트 가속기인 프로톤 레컬리버 및 인젝터 실험(PXIE)의 웜 프론트엔드 상태를 제시한다. 이는 저에너지 비례 운반(LEBT)의 부분적 조립 및 시운전, 2.1 MeV 연속파(RFQ)의 진전, 중에너지 비례 운반(MEBT) 커파이팅 시스템 개발을 다루며, 향후 고강도, 고빛나는 H⁻ 비례선을 위한 핵심 단계를 보여준다.

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.

연구 동기 및 목표

• Ferm일의 주입 복합체 업그레이드를 위한 연속파 호환성, 펄스형 H⁻ 초전도 라인액의 개념을 검증하기 위해.
• 웜 프론트엔드 가속기 체인을 사용하여 고빛나는 H⁻ 비례선을 생성하고 조작하는 가능성의 실현 가능성을 입증하기 위해.
• LEBT, RFQ, MEBT와 같은 핵심 구성 요소를 개발하고 시운전하여 다양한 번치 구조 기능을 구현하기 위해.
• 비례역학 및 시스템 통합의 실험적 검증을 통해 향후 고강도 프로톤 비례선 응용을 지원하기 위해.

제안 방법

• PXIE의 웜 프론트엔드는 10 mA DC, 30 keV의 H⁻ 이온 소스를 통해 초기 비례선을 생성한다.
• 2m 길이의 저에너지 비례 운반(LEBT) 시스템은 비례선을 운반하고 RFQ에 매칭하기 위해 사용된다.
• 2.1 MeV 연속파(CW) 라디오파르기 제곱형(RFQ)은 비례선을 중간 에너지로 가속하기 위해 제작 중이다.
• 10m 길이의 중에너지 비례 운반(MEBT) 시스템은 커파이팅 시스템을 사용하여 다양한 번치 구조로 비례선을 형상화하고 조절하기 위해 설계되었다.
• LEBT는 부분적으로 시운전되어 비례선 전송 및 에미턴스 제어 성능을 확인하였다.
• MEBT의 커파이팅 시스템은 향후 응용을 위한 영리한 번치 구조를 가능하게 하기 위해 개발 중이다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 연속파 호환성, 펄스형 H⁻ 초전도 라인액이 웜 프론트엔드 테스트 가속기로 실현 가능한가?
• RQ2 시운전 중 LEBT 및 RFQ 구성 요소를 통과할 때 비례선 전송 효율과 에미턴스 증가율은 어떠한가?
• RQ3 MEBT 시스템의 커파이팅 시스템을 통해 다양한 번치 구조를 얼마나 효과적으로 생성하고 제어할 수 있는가?
• RQ4 고전류 작동을 위한 연속파 RFQ의 제조 및 통합에서 기술적 과제와 진전은 무엇인가?
• RQ5 웜 프론트엔드는 향후 가속기 업그레이드를 위한 고빛나는 H⁻ 비례선 생산의 실현 가능성을 어느 정도 입증하는가?

주요 결과

• 부분적으로 조립된 저에너지 비례 운반(LEBT) 시스템이 성공적으로 시운전되어 비례선 전송 및 초기 비례선 매칭 성능을 확인하였다.
• 2.1 MeV 연속파(RFQ)는 고도로 제조 단계에 진입하여 핵심 구성 요소가 제작 및 시험 중이다.
• 중에너지 비례 운반(MEBT) 시스템은 개발 중이며, 커파이팅 시스템의 핵심 구성 요소들이 프로토타입 제작 및 시험 중이다.
• 비례역학 시뮬레이션과 실험 결과는 웜 프론트엔드가 향후 업그레이드를 위한 필수 비례선 파arameter를 지원할 수 있음을 시사한다.
• H⁻ 이온 소스, LEBT, RFQ, MEBT의 통합은 기능성 있는 고빛나는 비례선을 향한 진전을 보여준다.
• 이 프로젝트는 향후 고강도 프로톤 소스에 필수적인 연속파 호환성 H⁻ 비례선 생성을 위한 검증된 시험 플랫폼을 제공한다.