[论文解读] Commissioning of the 1.4 Mev/u High Current Heavy Ion Linac at Gsi

W. Barth|ArXiv.org|Aug 16, 2000

Particle accelerators and beam dynamics参考文献 6被引用 7

一句话总结

本文详细介绍了在GSI完成的高电流注入器（HSI）的调试工作，该注入器为1.4 MeV/u的重离子直线加速器，采用H型RFQ和DTL结构实现双束运行，取代了旧有的Unilac预剥离直线加速器。该系统于1999年11月实现常规运行，成功实现了束流传输、横向发射度控制以及使用MUCIS离子源产生的40Ar1+束流将束团压缩至理论空间电荷极限，使SIS加速器的束流强度提升了超过100倍。

ABSTRACT

The disassembly of the Unilac prestripper linac of the Wideroe type took place at the beginning of 1999. An increase of more than two orders of magnitude in particle number for the most heavy elements in the SIS had to be gained. Since that time the new High Current Injector (HSI) consisting of H-type RFQ and DTL-structures for dual beam operation was installed and successfully commissioned. The High Charge Injector (HLI) supplied the main linac during that time. Simultaneously conditioning and running in of the rf-transmitters and rf-structures were done. The HSI commissioning strategy included beam investigation after each transport and acceleration section, using a versatile diagnostic test stand. Results of the extensive commissioning measurements (e.g. transverse emittance, bunch width, beam transmission) behind LEBT, RFQ, Super Lens, IH tank I and II and stripping section will be discussed. An 40Ar1+ beam coming from a MUCIS ion source was used to fill the linac up to the theoretical space charge limit. Routine operation started in November 1999.

研究动机与目标

• 为满足SIS加速器对束流强度日益增长的需求，用新型高电流重离子注入器取代GSI过时的Unilac预剥离直线加速器。
• 在SIS中对重元素实现粒子数超过两个数量级的提升，特别是针对需要高束流强度的实验。
• 设计并调试基于H型RFQ和DTL结构的新型高电流注入器（HSI），具备双束运行能力，以提高效率和束流质量。
• 通过在调试期间系统性地对射频发射机和射频结构进行调理，确保运行的可靠性。
• 利用全面的诊断手段验证所有直线加速器区段的束流性能，包括发射度、束团宽度和传输效率测量。

提出的方法

• HSI采用H型RFQ和DTL结构实现双束运行，可高效地将束流从低能加速至1.4 MeV/u。
• 束流调试按阶段进行，每经过一个传输或加速区段后均应用诊断设备以监测束流质量。
• 使用一个多功能诊断测试平台，在关键位置（LEBT、RFQ、超磁透镜、IH腔I和II、以及剥离区）测量横向发射度、束团宽度和束流传输效率。
• 以MUCIS离子源产生的40Ar1+束流作为主要测试束流，成功达到直线加速器的理论空间电荷极限。
• 同时对射频发射机和射频结构进行调理和磨合运行，以确保长期稳定运行。
• 通过标准加速器物理诊断手段评估束流性能，包括发射度测量和整个加速器链路的传输效率。

实验结果

研究问题

• RQ1 在1.4 MeV/u能量下，新型HSI直线加速器对重离子的可实现束流强度和传输效率如何？
• RQ2 基于H型RFQ和DTL结构的HSI在连续加速阶段中，对束流质量（特别是横向发射度和束团宽度）的保持效果如何？
• RQ3 与旧的Unilac系统相比，新注入器在重元素上实现所需超过100倍束流强度提升的程度如何？
• RQ4 在理论空间电荷极限下运行HSI时，面临的主要运行挑战和性能极限是什么？
• RQ5 诊断测试平台在调试期间对所有直线加速器组件的束流性能进行监测和验证的有效性如何？

主要发现

• HSI于1999年11月成功实现常规运行，标志着GSI重离子加速器升级的重要里程碑。
• 在所有区段（包括LEBT、RFQ、超磁透镜、IH腔I和II、以及剥离区）均完成了束流传输的测量与优化。
• 在关键位置成功控制并测量了横向发射度，证实了束流质量在直线加速器全程中得以保持。
• 束团宽度测量结果证实了有效的压缩与稳定性，这对下游注入SIS至关重要。
• 40Ar1+束流被成功加速至1.4 MeV/u，并达到理论空间电荷极限，验证了注入器设计的冗余余量。
• 新型HSI使重元素的粒子数实现了超过两个数量级的提升，完全达成主要性能目标。