[論文レビュー] The Low Energy Beam Transport System of the New GSI High Current Injector

L. Dahl, P. Spaedtke|arXiv (Cornell University)|Aug 16, 2000

Particle accelerators and beam dynamics参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

本論文では、GSIの高電流インジェクタ用に、低エネルギービームトランスポート（LEBT）システムの見直しと起動を報告している。旧来のワイダー roy プリストラッパーに代わり、RFQおよびIH型DTLを導入した。新しいLEBTは、高電流ビーム、特に17 mAのAr+（設計値より6 mA超過）を含め、全透過率とビームの明るさを維持した。空間電荷補償が確認され、同定子分離とマクロパルス形状制御が可能となった。

ABSTRACT

The UNILAC was improved for high current performance by replacing the Wideroe prestripper accelerator by an RFQ and an IH-type DTL. In addition, one of two ion source terminals was equipped with high current sources of MUCIS- and MEVVA-type. Therefore, a redesign of the LEBT from the ion source to the RFQ entrance was necessary. The new LEBT was installed at the beginning of 1999. The commissioning was carried mainly with a high intense argon beam. The achieved 17 emA Ar+ are 6 emA above the RFQ design intensity. The expected performance of the new LEBT was achieved: full transmission for high current beams, preservation of brilliance along the beam line, isotope separation for all elements, transverse phase space matching to the RFQ linac, and macropulse shaping. In particular, the high degree of space charge compensation was confirmed.

研究の動機と目的

• GSIのUNILACインジェクタで高電流イオンビームをサポートするため、低エネルギービームトランスポート（LEBT）システムをアップグレードすること。
• 特にMUCISおよびMEVVA型イオン源からの高強度イオンビームに対して、全透過率とビーム明るさの維持を実現すること。
• RFQリニアックへの横方向位相空間マッチングを実現し、ビーム制御のためのマクロパルス形状制御を可能とすること。
• 高強度でビーム品質を維持するため、効果的な空間電荷補償を確保すること。
• 多様な実験的応用を可能とするために、全元素における同位体分離を支援すること。

提案手法

• MUCISおよびMEVVA型イオン源からの高電流ビームを扱えるように、イオン源からRFQ入口までのLEBTを再設計した。
• RFQリニアック入力要件を満たす横方向位相空間マッチングを実現するためのビーム光学素子を統合した。
• 輸送ラインに沿ったビームの焦点化および誘導制御を実現するため、磁気的および静電的要素を採用した。
• 発散の増大を最小限に抑えてビーム明るさを維持するため、ビームダイナミクスを最適化した。
• 高強度ビーム輸送におけるビームの膨張を軽減するため、空間電荷補償技術を活用した。
• システム性能を検証するために、高強度アルゴンビームを用いた起動を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MUCISおよびMEVVAなどの現代的イオン源からの高電流ビームをサポートするには、LEBTシステムをどのように再設計すべきか？
• RQ2 新しいLEBT構成では、ビーム透過率および明るさの維持はどの程度達成できるか？
• RQ3 高強度ビーム輸送において、空間電荷効果はどの程度補償可能か？
• RQ4 LEBTシステムは、ビームライン全体で全元素に対する効果的な同位体分離を可能にするか？
• RQ5 新しいLEBT設計では、マクロパルス形状制御などのビーム形状制御能力はどの程度達成できるか？

主な発見

• 新しいLEBTは、高電流ビームに対して全透過率を達成した。特に17 mAのAr+ビームが得られ、これはRFQ設計強度を6 mA超過した。
• ビーム明るさは全輸送ラインにわたり維持され、発散の増大が効果的に制御されていることが確認された。
• 高い空間電荷補償が実験的に確認され、高強度下でのビーム膨張が顕著に低減された。
• 全元素における同位体分離が成功裏に実証され、選択的ビーム供給が可能となった。
• RFQリニアックへの横方向位相空間マッチングが達成され、最適なビーム結合が確保された。
• マクロパルス形状制御機能が実現され、実験的ニーズに応じたカスタムビームパルスが可能となった。