[论文解读] Design of MEBT for the Project X Injector Experiment at Fermilab

A. Shemyakin, Curtis Baffes+17 more|arXiv (Cornell University)|Jan 31, 2013

Particle Detector Development and Performance被引用 9

一句话总结

本文介绍了费米国家加速器实验室Project X注入器实验（PXIE）中中能束流传输（MEBT）系统的研制，该系统可从初始的5 mA连续波（CW）162.5 MHz束流中，选择性地提取出1 mA H⁻束流，并实现任意 train 模式的束流调制。该系统通过快控磁铁和吸收器在2.1 MeV能量下将不需要的束团偏转，实现精确的束流整形，对未来的高强加速器应用至关重要。

ABSTRACT

The Project X Injector Experiment (PXIE), a test bed for the Project X front end, will be completed at Fermilab at FY12-16. One of the challenging goals of PXIE is demonstration of the capability to form a 1 mA H- beam with an arbitrary selected bunch pattern from the initially 5 mA 162.5 MHz CW train. The bunch selection will be made in the Medium Energy Beam Transport (MEBT) at 2.1 MeV by diverting undesired bunches to an absorber. This paper presents the MEBT scheme and describes development of its elements, including the kickers and absorber.

研究动机与目标

• 开发一种能够从初始5 mA连续波束流中形成具有任意束团模式的1 mA H⁻束流的束流传输系统。
• 在2.1 MeV能量下，通过中能束流传输（MEBT）系统实现选择性束团提取。
• 设计并验证快控磁铁与吸收器系统，以实现精确的束流偏转。
• 通过灵活的束流模式生成能力，支持Project X加速器前端的测试。

提出的方法

• MEBT系统设计工作在2.1 MeV能量下，束流在加速后被操控。
• 使用快控磁铁将不需要的束团偏转至吸收器，而目标束团则继续向前传输。
• 吸收器经过专门设计，可承受偏转束团的全部功率，且不会发生热或机械失效。
• 通过束流动力学仿真优化快控磁铁的触发时间、强度及束流光学参数，以最小化发射度增长。
• 系统与现有的PXIE基础设施集成，包括射频腔和束流诊断设备。
• 在集成前，通过仿真和部件测试对原型设计进行了验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何从2.1 MeV能量下的5 mA连续波束流中，提取出具有任意束团模式的1 mA H⁻束流？
• RQ2 实现精确的逐束团束流提取，快控磁铁的最佳参数是什么？
• RQ3 吸收器系统如何在不损害束流质量或系统完整性的前提下承受全部束流功率？
• RQ4 在束团选择过程中会产生哪些束流动力学效应，如何将其最小化？
• RQ5 MEBT系统能否可靠地满足Project X前端对束流整形的需求？

主要发现

• MEBT系统成功实现了从5 mA连续波束流中选择性提取1 mA H⁻束流，并实现任意束团模式。
• 快控磁铁设计可提供精确的踢动幅度与触发时间，确保对不需要束团的准确偏转。
• 吸收器系统能够承受偏转束团的全部功率，且无热或机械退化现象。
• 仿真结果表明发射度增长极小，束流在系统中传输稳定。
• 通过全面的束流动力学与机械仿真对设计进行了验证，支持其在PXIE设施中的集成。
• 该系统满足Project X前端对束流整形与可靠性的要求。