[论文解读] 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 4

一句话总结

本文介绍了GSI高电流注入器中低能束流传输（LEBT）系统的重新设计与调试，用RFQ和IH型DTL取代了旧式的Wideroe预剥离器。新LEBT实现了高电流束流的全传输与束流亮度保持，包括17 mA的Ar+束流（超出设计6 mA），证实了高效的空间电荷补偿，并实现了同位素分离与宏脉冲整形。

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.

研究动机与目标

• 升级低能束流传输（LEBT）系统，以支持GSI UNILAC注入器中的高电流离子束。
• 实现高强度离子束的全传输与束流亮度保持，特别是来自MUCIS-和MEVVA型离子源的束流。
• 实现与RFQ直线加速器输入端的横向相空间匹配，并实现宏脉冲整形以实现束流控制。
• 确保有效空间电荷补偿，以在高流强下维持束流质量。
• 支持所有元素的同位素分离，以满足多样化实验应用需求。

提出的方法

• 重新设计从离子源到RFQ入口的LEBT，以适应MUCIS-和MEVVA型离子源产生的高电流束流。
• 集成光学元件，以匹配横向相空间至RFQ直线加速器的输入要求。
• 采用磁性和静电元件控制传输线上的束流聚焦与准直。
• 优化束流动力学，以最小化发射度增长并保持束流亮度。
• 采用空间电荷补偿技术，减轻高流强下的束流膨胀。
• 使用高强度氩束进行调试，以验证系统性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何重新设计LEBT系统，以支持现代离子源（如MUCIS和MEVVA）产生的高电流束流？
• RQ2 在新LEBT配置下，可实现多高的束流传输率与亮度保持水平？
• RQ3 在高流强束流传输中，空间电荷效应可被补偿到何种程度？
• RQ4 LEBT系统能否实现对所有元素的同位素分离？
• RQ5 新LEBT设计可实现哪些束流整形能力（如宏脉冲整形）？

主要发现

• 新LEBT实现了高电流束流的全传输，包括17 mA的Ar+束流，超出RFQ设计流强6 mA。
• 束流亮度在整个束流线上得到保持，证实了对发射度增长的有效控制。
• 实验确认了高效的空问电荷补偿，显著减少了高流强下的束流膨胀。
• 成功实现了所有元素的同位素分离，支持选择性束流输送。
• 实现了与RFQ直线加速器的横向相空间匹配，确保了最优的束流耦合。
• 实现了宏脉冲整形能力，可按实验需求定制束流脉冲。