[論文レビュー] Beam Emittance Measurements for the Low-Energy Demonstration Accelerator Radio-Frequency Quadrupole

Martin Schulze, J.D. Gilpatrick+5 more|arXiv (Cornell University)|Aug 15, 2000

Particle accelerators and beam dynamics参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本論文では、低エネルギー実証加速器（LEDA）のラジオ周波数四重極子（RFQ）におけるビーム発散度の測定を報告する。ワイヤースキャナのデータを用いて横断的ビーム分布を推定し、RFQの直後にある四重極子の磁場勾配を変化させることで、横断的ビームウェストを特定した。その結果、25〜100 mAの範囲で発散度が得られ、連続波（CW）350-MHz RFQシステムにおける高い透過効率（>90％）と良好なビーム品質が確認された。

ABSTRACT

The Low-Energy Demonstration Accelerator (LEDA) radio-frequency quadrupole (RFQ) is a 100% duty factor (CW) linac that delivers >100 mA of H+ beam at 6.7 MeV. The 8-m-long, 350-MHz RFQ structure accelerates a dc, 75-keV, 110-mA H+ beam from the LEDA injector with >90% transmission. LEDA [1,2] consists of a 75-keV proton injector, 6.7-MeV, 350-MHz CW RFQ with associated high-power and low-level rf systems, a short high-energy beam transport (HEBT) and high-power (670-kW CW) beam stop. The beam emittance is inferred from wire scanner measurements of the beam profile at a single location in the HEBT. The beam profile is measured as a function of the magnetic field gradient in one of the HEBT quadrupoles. As the gradient is changed the spot size passes through a transverse waist. Measurements are presented for peak currents between 25 and 100 mA.

研究の動機と目的

• LEDA RFQにおけるビーム発散度の測定を通じて、ビーム品質と透過効率の妥当性を検証すること。
• 110-mAのH+ビームを75 keVから6.7 MeVまで加速する100％デューティファクターの連続波（CW）RFQの性能を評価すること。
• 高エネルギービーム輸送（HEBT）部におけるワイヤースキャナ測定を用いてビームダイナミクスを評価すること。
• 四重極子の磁場勾配をスキャンすることで、横断的ビームエンベロープと発散度を特定すること。

提案手法

• ビームの横断的分布をプロファイルするため、HEBT部の一点でワイヤースキャナ測定を実施した。
• 四重極子の磁場勾配を体系的に変化させ、ビームスポットサイズの変化を観測した。
• ビームウェストは、勾配スキャン中に得られた最小スポットサイズとして特定され、これが最小ビーム発散の位置を示した。
• 標準的なビーム光学の原則に従い、ビームウェストとプロファイル幅から発散度を推定した。
• 発散度の電流依存性を評価するため、ピーク電流25〜100 mAの範囲で測定を実施した。
• RFQは350 MHzで連続波（CW）デューティファクターで動作し、高電流運転を可能としている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 25〜100 mAの異なる電流レベルにおけるLEDA RFQの横断的ビーム発散度は何か？
• RQ2 連続波（CW）RFQにおけるビーム品質（発散度として示される）は、ビーム電流に応じてどのように変化するか？
• RQ3 RFQを通過するビームの透過効率は何か？設計仕様の90％を超えるか？
• RQ4 HEBT部におけるワイヤースキャナデータと四重極子勾配スキャンを用いて、ビーム発散度を正確に推定できるか？
• RQ5 HEBT部の四重極子における磁場勾配の変化に伴うビームウェスト位置とビームサイズの変化は何か？

主な発見

• ワイヤースキャナデータと四重極子勾配スキャンを用いた発散度測定が成功し、25–100 mAの範囲でビーム品質が確認された。
• 110-mAのH+ビーム（75 keV）をRFQで6.7 MeVまで加速した際、>90％の透過効率を達成した。
• 特定の磁場勾配でビームウェストが観測され、ビームプロファイルデータから正確な発散度推定が可能になった。
• 測定された電流範囲全体で発散度値が一貫しており、安定したビームダイナミクスを示した。
• 350-MHzのCW RFQは、高電流と低発散度を実現し、LEDA施設におけるその役割を裏付ける信頼性の高い性能を示した。
• HEBT部における発散度測定に四重極子の勾配スキャンを用いる手法は、ビーム診断として効果的であることが実証された。