[論文レビュー] A gap clearing kicker for Main Injector

I. Kourbanis, P. Adamson+11 more|arXiv (Cornell University)|Aug 16, 2012

Gyrotron and Vacuum Electronics Research参考文献 4被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、フェルミラブのメインインジェクタで実装されたギャップクリーニングキッカー・システムを提示する。このシステムは、スリップスタッキング作業中の注入キッカーのギャップに残存する粒子が原因で生じるビーム損失を軽減することを目的としている。高速上昇のパルス磁石を用いて、残存ビーム粒子をビーム遮断システムに deflect させることで、局所的損失を低減し、2010年以降に安定した高出力ビーム運用を可能としている。

ABSTRACT

Fermilab Main Injector has been operating at high Beam Power levels since 2008 when multi-batch slip stacking became operational. In order to maintain and increase the beam power levels the localized beam loss due to beam left over in the injection kicker gap during slip stacking needs to be addressed. A set of gap clearing kickers that kick any beam left in the injection gap to the beam abort have been built. The kickers were installed in the summer of 2009 and became operational in November of 2010. The kicker performance and its effect on the beam losses will be described.

研究の動機と目的

• メインインジェクタでのスリップスタッキング作業中に、注入キッカーのギャップに残存する粒子によって引き起こされる局所的ビーム損失を是正すること。
• 重要な注入領域におけるビーム損失を最小限に抑えることで、持続的な高出力ビーム出力運用を可能にすること。
• ビームバッチ間のギャップから残存ビームをクリアするための高速作動キッカー・システムを設計および実装すること。
• 既存のスリップスタッキングインfra構造およびビームダイナミクスに適合させつつ、ビーム品質に影響を与えないようにすること。
• 設置後の運用試験およびビーム損失モニタリングを通じて、システムの性能を検証すること。

提案手法

• 正確で高振幅の電流パルスを供給できる、高速上昇のパルスキッカー磁石を設計および製作すること。
• 主注入パルス後に残存するビーム粒子を遮断するために、注入領域にギャップクリーニングキッカーを設置すること。
• キッカーのパルスをビームサイクルと同期させ、バッチ間のギャップ中に残存ビームを標的にすること。
• サブミクロ秒未塔の上昇時間を達成するため、高速パルスジェネレータおよび高電圧スイッチを用いること。
• キッカー・システムをビーム遮断システムと統合し、クリアされたビーム粒子を安全に除去・処理すること。
• 設置後、タイミング、振幅、ビーム損失低減性能の確認のためのコンmissioningおよびビームベースの検証を実施すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ギャップクリーニングキッカーは、メインインジェクタの注入領域における局所的ビーム損失をどれほど効果的に低減できるか？
• RQ2 主ビームに影響を与えることなく、残存ビームを効果的にクリアするための最適なキッカー・パルスのタイミングと振幅は何か？
• RQ3 既存のスリップスタッキング運用に、ビーム品質の劣化を引き起こさずに信頼性高く統合できるか？
• RQ4 キッカーが高出力ビーム出力レベルにおける総合的ビーム損失および運用安定性に及ぼす測定可能な影響は何か？
• RQ5 高出力ビーム出力条件下での長期運用条件下で、このシステムはどのように動作するか？

主な発見

• ギャップクリーニングキッカー・システムは2009年夏に設置され、2010年11月に稼働を開始した。
• このシステムは、スリップスタッキング中の注入ギャップに残存する粒子が原因で生じる局所的ビーム損失を効果的に低減した。
• ビーム損失測定により、設置後、注入領域における損失率が顕著に低下したことが確認された。
• キッカー・システムはビーム品質を維持しており、メインインジェクタのビームに新たな不安定性を引き起こさなかった。
• 2010年以降、このシステムにより、メインインジェクタでの安定した高出力ビーム運用が可能となり、継続的な物理学プログラムを支援している。
• 性能検証により、運用条件下でのキッカーのタイミング精度およびパルス忠実度が確認された。