[论文解读] A gap clearing kicker for Main Injector

I. Kourbanis, P. Adamson+11 more|arXiv (Cornell University)|Aug 16, 2012

Gyrotron and Vacuum Electronics Research参考文献 4被引用 3

一句话总结

本文介紹了費米實驗室主加速器（Main Injector）安裝的一套間隙清空打 kicker 系統，用於減輕滑堆作業期間注入間隙中殘留粒子所導致的束流損失。該系統利用快速上升的脈衝磁鐵，將殘留束流粒子偏轉至束流中止系統，從而降低局部損失，自2010 年起實現穩定的高功率束流運行。

ABSTRACT

Fermilab Main Injector has been operating at high Beam Power levels since 2008 when multi-batch slip stacking became operational. In order to maintain and increase the beam power levels the localized beam loss due to beam left over in the injection kicker gap during slip stacking needs to be addressed. A set of gap clearing kickers that kick any beam left in the injection gap to the beam abort have been built. The kickers were installed in the summer of 2009 and became operational in November of 2010. The kicker performance and its effect on the beam losses will be described.

研究动机与目标

• 解決主加速器滑堆作業期間，注入 kicker 間隙中殘留粒子所導致的局部束流損失。
• 透過最小化關鍵注入區域的束流損失，實現持續的高束流功率運行。
• 設計並實現一種快速響應的 kicker 系統，用於清除束流批次之間間隙中的殘留束流。
• 確保與現有滑堆基礎設施及束流動力學兼容，且不影響束流品質。
• 透過安裝後的運行測試與束流損失監測，驗證系統性能。

提出的方法

• 設計並製造一組快速上升的脈衝 kicker 磁鐵，可提供精確、高振幅的電流脈衝。
• 在注入區域安裝間隙清空 kicker，用於截獲主注入脈衝後殘留在間隙中的束流粒子。
• 將 kicker 脈衝與束流週期同步，以在串間隙期間精確針對殘留束流。
• 使用快速脈衝發生器與高壓開關，實現亞微秒級上升時間，以有效偏轉束流。
• 將 kicker 系統與束流中止系統整合，以安全地提取並處置被清除的束流粒子。
• 進行調試與基於束流的驗證，以確認其時序、振幅及束流損失降低的性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 間隙清空 kicker 對主加速器注入區域的局部束流損失減輕效果如何？
• RQ2 何種時序與脈衝振幅可有效清除殘留束流，而不影響主束流？
• RQ3 間隙清空 kicker 系統能否可靠地整合至現有滑堆作業中，且不造成束流品質下降？
• RQ4 該系統對整體束流損失與高束流功率水平下運行穩定性的可測量影響為何？
• RQ5 系統在高束流功率下長期運行條件下的表現如何？

主要发现

• 間隙清空 kicker 系統於2009 年夏季安裝完成，並於2010 年11 月正式投入運行。
• 該系統有效減少了滑堆作業期間，因注入間隙中殘留粒子所導致的局部束流損失。
• 束流損失測量結果顯示，安裝後注入區域的損失率顯著降低。
• kicker 系統維持了束流品質，未在主加速器束流中引入新的不穩定性。
• 自2010 年起，該系統實現了主加速器的穩定高功率束流運行，支援了持續的物理研究計畫。
• 性能驗證確認了 kicker 在實際運行條件下的時序準確性與脈衝保真度。