2015 Fiscal Year Research-status Report
エネルギー回収型リニアック(ERL)におけるビームロスの研究
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15K04747
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
中村 典雄 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 教授 (10198228)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
コンスタンティノワ オリガ 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 研究員 (00734568)
島田 美帆 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 講師 (10442526)
宮島 司 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 准教授 (50391769)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ビームロス / ビームハロー / シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Touschek散乱や残留ガスとの散乱によるビームロスのシミュレーションを行い、シミュレーションコードelegantと開発したコードを用いてcERLでのビームロスを評価した。cERLの目標電流である10mAに対してどちらも1nA以下の損失という結果となり、これらはcERLの運転には大きな影響を与えないことがわかった。また、主空洞のフィールドエミッション電子の輸送シミュレーションを主空洞の上下流で行い、電子がどこの場所で失われるかを追跡した。その結果、電子は主空洞下流ではダンプラインとの分岐部までで低エネルギー電子の多くを損失し、最もエネルギーの高い電子でも第１アークの最初の偏向電磁石で損失してしまうことがわかった。下流については入射・合流部のシケインで全失する結果となった。フィールドエミッション電子の損失場所の計算結果と実際のロスモニタ等の測定結果と大きな矛盾は見られていない。
電子銃の時間応答などによる縦方向バンチテールを主なビームロスの起源と考えて、それによるビームハローとビームロスをGPTとelegantを用いたシミュレーションを行って研究した。100ps程度のバンチテールを仮定すると、テールと空洞の位相がコアと異なるためにエネルギーに差ができて分散のある２つのアーク部と減速後のダンプライン付近でビームロスが起きることがわかった。ただし、実際のcERLで測定されたハローやビームロスは垂直方向にも見られ、縦方向テールやビームの何らかの成分が垂直方向ハローへ変換されるメカニズムが必要であることもわかった。そのため、空洞の設置誤差及び空洞前後のステアリング電磁石の励磁を含めた空洞内の電子軌道を考慮したシミュレーションを始めた。この他に、ハロー除去の目的で設置されているいくつかのコリメータの効果についてもシミュレーションで調べた。コリメータによるハローの除去はシミュレーションからも実際の運転からも有効であることが確認できた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
シミュレーションについては、GPTとelegant及び追加の開発コードを加えたものを使って予定通りあるいはそれ以上に順調に進めることができた。一方で、cERLの運転時間は財政的理由などで非常に限られているので、施設検査のための調整や他のスタディとの取り合いもあってハローやロスのスタディや測定の時間は必ずしも十分ではなかった。ただ、総合的にはほぼ予定されたペースで進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
ビーム運転時にcERLで実際に観測されたハローは水平方向のハローだけでなく、垂直方向にもそれ以上に顕著に見られた。これは、縦方向のバンチテールが分散部で水平ハローを形成するというメカニズムだけでは説明できない。ビームロスも同様に垂直方向の成分がある。その原因を探るために、空洞設置誤差も含めた空洞内での電子軌道を考慮したシミュレーションを始めたが、今後はこれをさらに系統的に進めていく予定である。シミュレーション結果は測定結果と随時比較していく。空洞の入力及びHOMカプラーなどの影響についても必要があればシミュレーションに取り入れるつもりである。また、cERLの運転可能な平均電流が最大1mAまで上がったために、バンチ繰り返し周波数やバンチ電荷に依存するが、空間電荷効果の影響が強くなる状況が増えてきた。さらなる大電流（目標電流10mA）運転を行うとすると、バンチ電荷はより大きくなって空間電荷効果は増大する。今後は、この空間電荷効果がビームハローやロスに与える影響をシミュレーションなどによって研究し、これも実験と比較していく。ハロー測定については穴開きのYAGスクリーンをいくつかの場所に新たに設置して高バンチ電荷あるいは大電流でのスクリーンの破壊や放射線の増加を抑えながら精度の高いハロー測定を行う予定である。また、HDR（High Dynamic Range）画像解析方法を利用して、ビームコア及びハローを含むビームプロファイルの全体像を精確に測定することでハロー形成やロスのメカニズムを調べていく。
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| Causes of Carryover |
研究分担者の家庭の事情によって長い期間で国際学会等での発表が不可能になったために、旅費に少し残額が出た。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
今年度は、成果発表のための国内・国際学会等への出張旅費、空間電荷効果を含むビームハロー及びロスのシミュレーションのための高性能計算機と周辺装置の購入、ハロー測定のための穴開きスクリーンと穴開きミラーの購入などに使用する計画である。
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Research Products
(3 results)
