[论文解读] 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 8

一句话总结

本文介绍了为GSI高电流注入器设计并调试的一种新型气体剥离器和电荷态分离器，实现了238U4+高效剥离至28+，并成功利用15°和30°偏转磁铁实现分离。该系统在极端空间电荷条件下实现了稳定的束流传输，验证了理论模型，并为SIS加速器项目实现了多束流运行。

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.

研究动机与目标

• 为GSI高电流注入器设计并实现一种新型气体剥离器与电荷态分离器，以支持SIS加速器运行。
• 在极端空间电荷条件下实现多束流能力的束流传输。
• 验证高电流条件下在六维相空间中束流动力学与发射度增长的理论预测。
• 实现238U4+高效剥离至28+电荷态，并利用偏转磁铁实现精确分离。
• 在高强度束流条件下确保与剥离后加速器的可靠匹配与传输。

提出的方法

• 在1.4 MeV/u能量下设计了新的剥离区段，以应对高空间电荷与多束流运行需求。
• 系统采用气体剥离器，用于从高度带电离子中去除电子，使238U的电荷态提升至28+。
• 采用15°和30°偏转磁铁系统，对剥离后的束流进行电荷态分离。
• 通过15 mA 40Ar10+束流模拟并验证了空间电荷与发射度增长效应。
• 采用六维相空间追踪分析高电流条件下发射度增长与束流匹配情况。
• 将调试结果与理论计算进行对比，以确认性能表现。

实验结果

研究问题

• RQ1 在高电流、高空间电荷环境下，238U4+能以多高的效率剥离至28+？
• RQ2 在束流传输过程中，空间电荷与电荷态对六维相空间中发射度增长有何影响？
• RQ3 新型气体剥离器与电荷态分离器能否在多束流运行条件下保持束流质量和稳定性？
• RQ4 理论预测的束流动力学与实验结果在新注入器配置下的吻合程度如何？
• RQ5 在极端空间电荷条件下，束流与剥离后加速器的匹配性能如何？

主要发现

• 新型气体剥离器实现了预期的剥离效率，成功将238U4+转换为28+电荷态。
• 15°与30°偏转磁铁有效实现了剥离后束流的电荷态分离。
• 在最高空间电荷条件下，束流传输与对剥离后加速器的匹配已得到确认。
• 观测到发射度增长与电荷态及空间电荷相关，在六维相空间中表现出可测量的影响。
• 实验结果与理论计算高度吻合，验证了设计与仿真模型的可靠性。
• 成功实现了多束流运行，证实了该系统在高电流注入器应用中的能力。