[논문 리뷰] The Low Energy Beam Transport System of the New GSI High Current Injector

L. Dahl, P. Spaedtke|arXiv (Cornell University)|2000. 08. 16.

Particle accelerators and beam dynamics참고 문헌 2인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 GSI 고전류 주입기용 저에너지 빔 트랜스포트(Low Energy Beam Transport, LEBT) 시스템의 재설계 및 시운전을 제시한다. 이는 이전의 Wideroe 프리스트립퍼를 RFQ 및 IH형 DTL로 교체한 것이다. 새로운 LEBT는 고전류 빔, 특히 17 mA Ar+ (설계치보다 6 mA 초과)를 포함하여 전체 전송과 빔 브릴리언스 유지 성능을 달성했으며, 고공간 전하 보완이 확인되었고, 동위원소 분리 및 매크로펄스 형상 조절이 가능해졌다.

ABSTRACT

The UNILAC was improved for high current performance by replacing the Wideroe prestripper accelerator by an RFQ and an IH-type DTL. In addition, one of two ion source terminals was equipped with high current sources of MUCIS- and MEVVA-type. Therefore, a redesign of the LEBT from the ion source to the RFQ entrance was necessary. The new LEBT was installed at the beginning of 1999. The commissioning was carried mainly with a high intense argon beam. The achieved 17 emA Ar+ are 6 emA above the RFQ design intensity. The expected performance of the new LEBT was achieved: full transmission for high current beams, preservation of brilliance along the beam line, isotope separation for all elements, transverse phase space matching to the RFQ linac, and macropulse shaping. In particular, the high degree of space charge compensation was confirmed.

연구 동기 및 목표

• GSI UNILAC 주입기에서 고전류 이온 빔을 지원하기 위해 저에너지 빔 트랜스포트(LEBT) 시스템을 업그레이드하기 위해.
• 특히 MUCIS- 및 MEVVA 유형의 이온 소스에서 유래하는 강력한 이온 빔의 전체 전송과 브릴리언스 유지 성능을 확보하기 위해.
• RFQ 리어 캐리어에 대한 횡방향 위상공간 매칭을 달성하고 빔 제어를 위한 매크로펄스 형상 조절을 가능하게 하기 위해.
• 고밀도에서 빔 품질을 유지하기 위해 효과적인 공간 전하 보완을 확보하기 위해.
• 다양한 실험적 적용을 위해 모든 원소에 대한 동위원소 분리를 지원하기 위해.

제안 방법

• MUCIS- 및 MEVVA 유형의 이온 소스에서 유래하는 고전류 빔을 처리할 수 있도록 이온 소스에서 RFQ 입구까지 LEBT를 재설계하였다.
• RFQ 리어 캐리어 입력 요구사항을 충족시키기 위해 횡방향 위상공간을 매칭시키기 위한 빔 옵틱 요소를 통합하였다.
• 운반선로 전역에서 빔 집중 및 조향을 제어하기 위해 자기 및 전기적 요소를 활용하였다.
• 에미턴스 증가를 최소화하고 빔 브릴리언스를 유지하기 위해 빔 다이내믹스를 최적화하였다.
• 고밀도 빔에서의 빔 팽창을 완화하기 위해 공간 전하 보완 기법을 활용하였다.
• 시스템 성능를 검증하기 위해 고강도 아르곤 빔을 사용하여 시운전을 실시하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 현대형 이온 소스인 MUCIS 및 MEVVA와 같은 소스에서 유래하는 고전류 빔을 지원하기 위해 LEBT 시스템은 어떻게 재설계할 수 있는가?
• RQ2 새로운 LEBT 구성에서 빔의 전송률과 브릴리언스 유지 수준은 어느 정도 달성될 수 있는가?
• RQ3 고강도 빔 운반에서 공간 전하 효과는 어느 정도 보완될 수 있는가?
• RQ4 LEBT 시스템은 빔 라인 전반에서 모든 원소에 대해 효과적인 동위원소 분리를 가능하게 하는가?
• RQ5 매크로펄스 형상 조절과 같은 빔 형상 조절 기능은 새로운 LEBT 설계에서 어떤 정도 실현될 수 있는가?

주요 결과

• 새로운 LEBT는 고전류 빔, 특히 17 mA의 Ar+ 빔을 포함하여 전체 전송을 달성했으며, 이는 RFQ 설계 강도를 6 mA 초과한 것이다.
• 전체 빔 라인 동안 브릴리언스가 유지되어 에미턴스 증가가 효과적으로 제어된 것으로 확인되었다.
• 고공간 전하 보완이 실험적으로 확인되었으며, 고밀도에서의 빔 팽창이 크게 감소하였다.
• 모든 원소에 대해 동위원소 분리가 성공적으로 시연되었고, 선택적 빔 공급이 가능해졌다.
• RFQ 리어 캐리어에 대한 횡방향 위상공간 매칭이 달성되어 최적의 빔 커플링이 보장되었다.
• 매크로펄스 형상 조절 기능이 실현되어 실험적 필요에 맞는 맞춤형 빔 펄스를 제공할 수 있게 되었다.