次世代大強度ハドロン加速器のラティス設計基準及び最適動作点決定法の確立

下一代高强度强子加速器晶格设计准则建立及最佳工作点确定方法

基本信息

批准号：
22K12671
负责人：
岡本宏己
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Hiroshima University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

円形加速器中の大強度ハドロンビームを念頭に、軸方向に長く伸びたイオンプラズマ（長バンチ）の安定条件を主にS-POD II号機を使って調べた。実際の加速器では不可避な磁場誤差の影響を確認するため、イオン収束のための基本四重極高周波電圧（1 MHz）に超周期の摂動（基本周波数1 MHzの自然数分の1）を重畳してイオン損失率を計測した。ラティス対称性の破れにより、新たな共鳴帯が多数出現することを確認した。加えて、主要な共鳴帯の近傍に弱いサイドバンド共鳴が誘起されることも分かった。S-POD III号機では、ロッド電極上の微弱な誘導電荷をモニターすることにより、四重極振動モードの周波数の直接計測を行った。獲得したデータから、トラップ中に捕捉されたイオン数の関数として“チューン降下率（プラズマ密度の指標）”を導くことに成功した。チューン降下率の評価値は、全く別の手法を使った先行研究で結論されていた値とほぼ一致した。線形加速器において典型的な、楕円体から球体状の大強度ビーム（短バンチ）を想定した実験をS-POD IV号機で実施した。これまでトラップ軸方向のイオン閉じ込めポテンシャルは静的であったが、本研究では（典型的な線形ハドロン加速器のビーム収束パターンを念頭に）2 MHzの高周波を使用した。広いチューン領域で一定時間内のイオン残存率を計測し、低次ベータトロン共鳴帯およびシンクロベータトロン結合共鳴帯の存在を明らかにした。チューンダイアグラム上での共鳴帯の分布は静的な軸方向イオン閉じ込め場を使った場合と本質的に変わらないことが分かった。自己無撞着なアルゴリズムに基づく多粒子シミュレーションも並行して実施し、S-POD実験のデータと良い一致を得ている。また、線形加速器の動作条件を適切に選ぶことにより、特定の差共鳴不安定性が強く抑制できることを示した。

考虑到圆形加速器中的高强度强子束，我们主要使用 S-POD II 研究了沿轴向拉长的离子等离子体（长束）的稳定性条件。为了确认实际加速器中不可避免的磁场误差的影响，在离子聚焦的基本四极高频电压（1 MHz）上叠加超周期扰动（1 MHz基本频率的自然数分数）测量离子损失率。我们证实，由于晶格对称性的破坏，出现了许多新的共振带。此外，我们发现在主谐振带附近会引起弱边带谐振。在S-POD III中，我们通过监测杆电极上的微弱感应电荷来直接测量四极振动模式的频率。从获得的数据中，他们能够得出“调谐下降率”（等离子体密度的指标）作为陷阱中捕获的离子数量的函数。曲调下降率的估计值与之前使用完全不同方法的研究得出的值几乎一致。在 S-POD IV 上进行了一项实验，假设直线加速器中常见的椭圆形至球形高强度光束（短束）。到目前为止，沿陷阱轴的离子约束势是静态的，但在本研究中，我们使用 2 MHz 的高频（请记住典型线性强子加速器的束聚焦模式）。我们在宽调谐范围内测量了一定时间内的离子存活率，并揭示了低阶电子感应加速器共振带和同步电子感应加速器耦合共振带的存在。发现调谐图上共振带的分布与使用静态轴向离子约束场时基本相同。还并行进行了基于自洽算法的多粒子模拟，与S-POD实验的数据获得了良好的一致性。我们还表明，通过适当选择直线加速器的操作条件可以强烈抑制特定的微分共振不稳定性。