[论文解读] LEDA Beam Operations Milestone and Observed Beam Transmission Characteristics

Lawrence Rybarcyk, Schneider, J. D.+3 more|ArXiv.org|Aug 16, 2000

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

一句话总结

本文报告了在 APT 项目的关键组成部分 LEDA 加速器上成功实现 100-mA、8 小时连续波（CW）束流运行里程碑。研究发现，为实现全束流传输，RFQ 所需的电场强度比设计值高出 5–10%；在设计 RFQ 电场水平的 90–105% 范围内，束流传输率出人意料地低，该现象得到了实验测量与模拟结果的共同支持。

ABSTRACT

Recently, the Low-Energy Demonstration Accelerator (LEDA) portion of the Accelerator Production of Tritium (APT) project reached its 100-mA, 8-hr CW beam operation milestone. LEDA consists of a 75-keV proton injector, 6.7-MeV, 350-MHz CW radio-frequency quadrupole (RFQ) with associated high-power and low-level rf systems, a short high-energy beam transport (HEBT) and high-power (670-kW CW) beam dump. During the commissioning phase it was discovered that the RFQ field level must to be approximately 5-10% higher than design in order to accelerate the full 100-mA beam with low losses. Measurements of a low-duty-factor, 100-mA beam show the beam transmission is unexpectedly low for RFQ field levels between ~90 and 105% of design. This paper will describe some aspects of LEDA operations critical to achieving the above milestone. Measurement and simulation results for reduced RFQ beam transmission near design operating conditions are also presented.

研究动机与目标

• 在 LEDA 加速器上实现并记录 100-mA、8 小时连续波束流运行里程碑。
• 调查在接近设计电场水平下，RFQ 中束流传输率异常偏低的原因。
• 在调试过程中，表征不同 RFQ 电场条件下束流传输行为。
• 将实验测量结果与模拟结果进行对比，以理解束流损失机制。

提出的方法

• 对 LEDA 加速器系统进行调试，包括 75-keV 质子注入器、6.7-MeV RFQ、高能束流传输（HEBT）系统以及 670-kW 连续波束流靶。
• 在低占空因子、100-mA 束流条件下，测量不同 RFQ 电场水平下的束流传输率。
• 采用从设计值的 90% 到 105% 的 RFQ 电场水平，以评估传输性能。
• 将实验测得的束流传输数据与模拟结果进行对比，以识别差异。
• 分析在不同 RFQ 运行条件下束流损失机制。
• 采用 LINAC2000 会议论文格式，并利用 eConf C000821 (2000) TUD15 的数据进行成果发布。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何 RFQ 需要高于设计值的电场水平才能实现全 100-mA 束流传输？
• RQ2 在 RFQ 电场水平为设计值的 90% 至 105% 范围内，束流传输率下降的原因是什么？
• RQ3 在接近设计运行条件时，实测束流传输特性与模拟预测结果如何对比？
• RQ4 束流损失机制在近设计 RFQ 电场水平下限制传输率方面起到何种作用？
• RQ5 为实现 100-mA、8 小时连续波束流运行里程碑，需要进行哪些运行调整？

主要发现

• 为实现低损失的全 100-mA 束流传输，RFQ 所需电场强度比设计值高出约 5–10%。
• 尽管运行在接近额定条件，但在 RFQ 电场水平约为设计值的 90% 至 105% 范围内，束流传输率出人意料地低。
• 测量结果证实，在 90–105% 电场范围内束流传输率下降，表明其对电场水平的响应呈非单调特性。
• 模拟结果支持实验发现，突显了在设计水平附近预测与实测传输率之间的差异。
• 成功实现 100-mA、8 小时连续波束流运行里程碑，验证了系统实现持续高电流运行的能力。
• 研究结果表明，RFQ 中的束流动力学问题或电场分布不完美可能在设计设置附近导致传输性能下降。