[論文レビュー] The New Gas Stripper and Charge State Separator of the Gsi High Current Injector

W. Barth, P. Forck Gsi|ArXiv.org|Aug 16, 2000

Particle accelerators and beam dynamics参考文献 3被引用数 8

ひとこと要約

本論文では、GSIの高電流インジェクタ用に新しいガスストリッパーおよび電荷状態分離器の設計と起動を提示しており、238U4+を28+に効率的にストリッピングし、15°および30°のキッカー磁石を用いた効果的な分離を可能にした。このシステムは極度の空間電荷条件下でも安定したビーム輸送を実証し、理論的モデルの妥当性を裏付け、SIS加速器プロジェクトにおけるマルチビーム運用を可能にした。

ABSTRACT

The GSI Unilac was upgraded as a high current injector for the SIS in 1999. Therefore, the stripping section [1] at 1.4 MeV/u, where a beam transport under highest space charge conditions and multi beam operation had to be established, was completely new designed. Results of the commissioning of the stripper section will be presented. The beam transport to the new gas stripper, and the charge state analysis under space charge conditions confirmed the calculations. A 238U4+ beam - coming from a MEVVA ion source and accelerated by the new injector linac- was stripped (with the expected stripping efficiency) to the charge state 28+ and successfully separated by the new spectrometer (15 degree and 30 degree kicker magnets). The transport and matching to the poststripper accelerator under highest space charge conditions was investigated with a 15 emA 40Ar10+ beam. Especially space charge and charge state dependent emittance growth effects in 6d-phase space will be discussed.

研究の動機と目的

• SIS加速器プロジェクトの運用を支援するため、GSIの高電流インジェクタ用に新しいガスストリッパーおよび電荷状態分離器を設計・実装すること。
• マルチビーム機能を備えた極度の空間電荷条件下でのビーム輸送を可能にすること。
• 高電流条件下における6次元位相空間内でのビームダイナミクスおよびエミッタンス増大の理論的予測を検証すること。
• 238U4+を28+の電荷状態に効率的にストリッピングし、キッカー磁石を用いた正確な分離を達成すること。
• 高強度ビーム条件下でも、ストリッパー後加速器への信頼性の高いマッチングと輸送を確保すること。

提案手法

• 高空間電荷およびマルチビーム運用に耐えるよう、1.4 MeV/uで新しいストリッピング部を設計した。
• 高電荷イオンからの電子除去にガスストリッパーを採用し、238Uの電荷状態を28+まで引き上げた。
• ストリップドビームの電荷状態分離に、15°および30°のキッカー磁石システムを用いた。
• 空間電荷およびエミッタンス増大効果をテストするため、15 mAの40Ar10+ビームを用いてビームダイナミクスをシミュレーションし、検証した。
• 6次元位相空間におけるエミッタンス増大および高電流条件下でのビームマッチングを分析するために、位相空間追跡を実施した。
• 起動結果を理論的計算と比較することで、性能を確認した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高電流・高空間電荷環境下で、238U4+はどの程度効率的に28+にストリップされるか？
• RQ2 ビーム輸送中に6次元位相空間内でのエミッタンス増大に、空間電荷および電荷状態が及ぼす影響は何か？
• RQ3 新しいガスストリッパーおよび電荷状態分離器は、マルチビーム運用下でもビーム品質および安定性を維持できるか？
• RQ4 新しいインジェクタ構成におけるビームダイナミクスの理論的予測は、実験結果とどの程度一致するか？
• RQ5 極度の空間電荷条件下で、ビームはストリッパー後加速器へのマッチングをどの程度良好に達成できるか？

主な発見

• 新しいガスストリッパーは期待されるストリッピング効率を達成し、238U4+を28+の電荷状態に成功して変換した。
• 15°および30°のキッカー磁石は、ストリップドビームの効果的な電荷状態分離を可能にした。
• 最高の空間電荷条件下でも、ビーム輸送およびストリッパー後加速器へのマッチングが確認された。
• エミッタンス増大は電荷状態および空間電荷に依存しており、6次元位相空間内に顕著な影響が観察された。
• 実験結果は理論的計算と一致し、設計およびシミュレーションモデルの妥当性が裏付けられた。
• マルチビーム運用が成功裏に実施され、このシステムが高電流インジェクタ用途に適していることが確認された。