[論文レビュー] Commissioning of the 1.4 Mev/u High Current Heavy Ion Linac at Gsi

W. Barth|ArXiv.org|Aug 16, 2000

Particle accelerators and beam dynamics参考文献 6被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、GSIにおけるHigh Current Injector（HSI）の据え付けを詳細に記述している。HSIは、H型RFQおよびDTL構造を用いた1.4 MeV/uの重イオンリニアックであり、二重ビーム運転が可能で、古くなったUnilacプレストリッパー線形加速器に取って代わるものである。1999年11月までに定常運転が達成され、ビーム透過率、横方向のエミッタンス制御、および理論的空間電荷限界に達するまでのビーム束縛圧縮が40Ar1+ビーム（MUCISイオン源から供給）を用いて成功裏に実証された。これにより、SIS加速器におけるビーム強度が100倍以上向上した。

ABSTRACT

The disassembly of the Unilac prestripper linac of the Wideroe type took place at the beginning of 1999. An increase of more than two orders of magnitude in particle number for the most heavy elements in the SIS had to be gained. Since that time the new High Current Injector (HSI) consisting of H-type RFQ and DTL-structures for dual beam operation was installed and successfully commissioned. The High Charge Injector (HLI) supplied the main linac during that time. Simultaneously conditioning and running in of the rf-transmitters and rf-structures were done. The HSI commissioning strategy included beam investigation after each transport and acceleration section, using a versatile diagnostic test stand. Results of the extensive commissioning measurements (e.g. transverse emittance, bunch width, beam transmission) behind LEBT, RFQ, Super Lens, IH tank I and II and stripping section will be discussed. An 40Ar1+ beam coming from a MUCIS ion source was used to fill the linac up to the theoretical space charge limit. Routine operation started in November 1999.

研究の動機と目的

• GSIの旧式化したUnilacプレストリッパー線形加速器を、SIS加速器のビーム強度要件の増大に応える新しい高電流重イオン注入器に置き換えること。
• SIS加速器において、特に高ビーム電流を必要とする実験に適した重元素の粒子数を2桁以上増加させること。
• H型RFQおよびDTL構造を基盤とする二重ビーム運転が可能な新しいHigh Current Injector（HSI）を設計・据え付け、効率とビーム品質の向上を図ること。
• 据え付け段階でのRFトランスミッタおよびRF構造の系統的コンditionィングを通じて、信頼性の高い運転を確保すること。
• 包括的な診断手法を用いて、全線形加速器部におけるビーム性能を検証すること。診断にはエミッタンス、ビーム束縛幅、透過率測定が含まれる。

提案手法

• HSIは、二重ビーム運転が可能なH型RFQおよびDTL構造を用いて構築され、低エネルギーから1.4 MeV/uまでの効率的なビーム加速を可能にした。
• ビームの据え付けは段階的に行われ、各搬送および加速部後に診断技術が適用され、ビーム品質の監視が行われた。
• LEBT、RFQ、スーパーレンズ、IHタンクIおよびII、ストリッピング部を含む主要箇所で、横方向エミッタンス、ビーム束縛幅、ビーム透過率を測定可能な包括的な診断テストスタンドが使用された。
• 理論的空間電荷限界に達するため、MUCISイオン源から供給される40Ar1+ビームが主なテストビームとして用いられた。
• RFトランスミッタおよびRF構造の同時コンディショニングと走行インのプロセスが実施され、長期にわたる安定運転を確保した。
• 標準的な加速器物理学診断法（エミッタンス測定、全加速器チェーンにおける透過効率）を用いて、ビーム性能が評価された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1.4 MeV/uにおける重イオンの新しいHSIリニアックで達成可能なビーム強度および透過効率はどの程度か？
• RQ2 H型RFQおよびDTLを基盤とするHSIは、連続する加速段階を通じて、特に横方向エミッタンスおよびビーム束縛幅のビーム品質をどの程度維持できるか？
• RQ3 旧式のUnilacシステムと比較して、HSIが重元素のビーム強度を100倍以上に向上させられるか、その程度はいかにか？
• RQ4 理論的空間電荷限界で運転する際の運用上の課題および性能限界は何か？
• RQ5 診断テストスタンドは、据え付け段階における加速器全構成部のビーム性能をどの程度効果的に監視・検証できるか？

主な発見

• HSIは1999年11月までに定常運転に到達し、GSIの重イオン加速器アップグレードにおいて重要なマイルストーンを達成した。
• LEBT、RFQ、スーパーレンズ、IHタンクIおよびII、ストリッピング部を含む全部におけるビーム透過率が測定され、最適化された。
• 主要箇所における横方向エミッタンスが成功裏に制御・測定され、加速器全般にわたるビーム品質の維持が確認された。
• ビーム束縛幅の測定により、効果的な圧縮と安定性が確認され、SISへの後続注入に不可欠な要件を満たした。
• 40Ar1+ビームが1.4 MeV/uまで加速され、理論的空間電荷限界に達した。これにより、インジェクタの設計的余裕が実証された。
• 新しいHSIにより、重元素の粒子数が2桁以上増加し、主な性能目標が達成された。