[論文レビュー] Ion Polarization Scheme for MEIC

A. M. Kondratenko, M. A. Kondratenko+5 more|arXiv (Cornell University)|Apr 19, 2016

Particle Accelerators and Free-Electron Lasers参考文献 12被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、弱いソレノイドを用いてスピンダイナミクスを制御する図8型リングトポロジーを用いた、中エネルギー電子-陽イオン衝突器（MEIC）のための新しいイオン極化方式を提案する。スピンチューンを1/2ではなく0に設定することにより、アーキペッドによるスピンの偏極喪失を排除し、低強度の縦方向磁場による高精度で非侵襲的な極化制御が可能となり、共鳴的偏極喪失が著しく低減され、1秒未満のスピン反転が実現できる。

ABSTRACT

The choice of a figure 8 shape for the booster and collider rings of MEIC opens wide possibilities for preservation of the ion polarization during beam acceleration as well as for control of the polarization at the collider's interaction points. As in the case of accelerators with Siberian snakes, the spin tune is energy independent but is equal to zero instead of one half. The figure-8 topology eliminates the effect of arcs on the spin motion. There appears a unique opportunity to control the polarization of any particle species including deuterons, using longitudinal fields of small integrated strength (weak solenoids). Contrary to existing schemes, using weak solenoids in figure-8 colliders, one can control the polarization at the interaction points without essentially any effect on the beam's orbital characteristics. A universal scheme for control of the polarization using weak solenoids provides an elegant solution to the problem of ion acceleration completely eliminating resonant beam depolarization. It allows one to easily adjust the polarization in any direction at any orbital location, which becomes necessary when transferring the beam from one ring into another or when measuring the polarization by polarimeters. It also allows for an easy manipulation of the spin direction at an interaction point during an experiment. The latter feature allows one to set up a spin-flipping system with a spin reversal time of less than a second. By compensating the coherent part of the zero-integer spin resonance strength, which arises due to errors in alignment of the magnetic element of the lattice, one can reduce the field integrals of the control solenoids by a few orders of magnitude.

研究の動機と目的

• MEIC加速器における加速中にイオンの極化を維持する課題に対処すること。
• ラティスのずれや磁場誤差によって引き起こされる共鳴的ビーム偏極喪失を排除すること。
• ビーム品質の劣化を伴わずに、相互作用ポイントでのイオンスピン方向の柔軟でリアルタイムの制御を可能にすること。
• 重イオン種、特にデュテロンを含むさまざまなイオン種に適用可能な普遍的な極化制御手法を開発すること。
• 共鳴的ゼロ整数スピン共鳴強度を補償することで、制御ソレノイドに必要な磁場積分を低減すること。

提案手法

• スピン運動をアーキペッド効果から分離するため、図8型リング幾何構造を採用し、スピンチューンをゼロに保つ。
• 低積分磁場強度の弱いソレノイドを用い、軌道的ビームダイナミクスに影響を与えることなくスピン方向を制御する。
• ラティス誤差によるゼロ整数スピン共鳴強度のキャンセレーションにより、スピンチューン補償を実現する。
• 縦方向磁場を用いて、ビームの任意の軌道的位置、特にリング間のビーム転送中にもスピン方向を操作する。
• 制御ソレノイド磁場を用いて、1秒未満の反転時間でスピン反転を実現するスピン反転システムを設計する。
• 加速器内の任意の位置で任意の方向に極化調整が可能な普遍的な手法を採用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 図8型リングトポロジーは、イオン加速器におけるアーキペッドによるスピン偏極喪失を排除できるか？
• RQ2 弱いソレノイドは、ビーム軌道の歪みを最小限に抑えながらイオン極化を制御できるか？
• RQ3 共鳴的ゼロ整数スピン共鳴強度をどれほど効果的に補償できるか、その結果、必要なソレノイド磁場積分がどれほど低減できるか？
• RQ4 この方式を用いて、高エネルギーイオン衝突器で1秒未満のスピン反転を達成できるか？
• RQ5 提案手法は、デュテロンを含む多様なイオン種に普遍的に適用可能か？

主な発見

• 図8型トポロジーによりスピンチューンがゼロに設定され、アーキペッド効果がスピン運動に与える影響が完全に排除される。
• 弱いソレノイドを用いることで、相互作用ポイントでの極化制御が、ビーム軌道特性への最小限の影響で実現できる。
• ラティス誤差に起因する共鳴的ビーム偏極喪失は、共鳴強度の補償により著しく低減される。
• 共鳴補償により、制御ソレノイドに必要な磁場積分が数個のオーダー低減される。
• 提案された方式により、1秒未満の反転時間でスピン反転が実現可能である。
• 本手法は、加速器内の任意の位置で任意の方向にスピン方向を柔軟に制御可能であり、普遍的かつ柔軟な制御を提供する。