Study and development of integrated code for beam optics and accelerator design

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K05475
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: 大西 幸喜 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 (30332117)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 生出 勝宣 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, その他部局等, 名誉教授 (50150008) ; 杉本 寛 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, 助教 (70636448) ; 小磯 晴代 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 (80170174) ; 森田 昭夫 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 (80353366)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: ビーム物理計算コード / 加速器の設計 / 最適化アルゴリズム

Outline of Annual Research Achievements

ビーム物理学を基盤として、多様な粒子加速器のビーム現象を統一的に取り扱える汎用性を備えた計算コードを開発することを目的とする。実働している加速器について、実状に即した計算コードの開発を行う。
(1a) 進行方向の磁場を階段関数として近似するモデルについて、陽電子ダンピングリングの偏向磁石およびSuperKEKB加速器の最終収束磁場、特にソレノイド磁場について評価を行う。陽電子ダンピングリングの偏向磁石は磁場強度は強く特殊なケースなので、このような手法が最適である。この手法では、横方向にも高次の次数を取り入れることが可能となる。(2a) 線形加速器の入射部に設置されているRF電子銃から低エミッタンスビームを作り出すことが可能とっているが、それをどのように輸送するかが問題となる。ビーム輸送時のエミッタンス保存についての最適化アルゴリズムの開発を行う。(3a) マッチングの高度化を行う。６ｘ６行列によるマッチングコードの実装を行い性能比較および試験を行う。(4a) 電荷と質量を独立して持てるように粒子を一般化して取り扱えるように拡張する。これらを実行可能とするために、知識の集約、計算コード実装のための共有環境、計算コードの有用性を検証するための使用例の収集と比較を行う。計算コードとしての「SAD」を中心に、現在稼働中である、または、将来計画されている加速器の極限性能の追求に活かせることを目的とする。初年度は、計算コード開発を行うことを基盤とするが、開発環境の整備にも力を注ぐ。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

(1a)については、概ねモデル計算が終了し、実働している加速器について、性能評価を行える段階にきている。(2a)については、エミッタンス保存における最適化アルゴリズムの開発を予定していたが、当該年度には完了できなかった。(3a)6x6行列によるマッチングについては実装し、一部試験を行いつつある。残された課題として、いかに系統的な評価を行えるかということになる。(4a)については、完全な試験が、まだなされていない。

Strategy for Future Research Activity

(1a)の検証を行う。SuperKEKBは予定通り稼働し始めたので、実際にビーム光学系の計算を行い、高次項の優位性を検証する。また、計算アルゴリズの最適化を行う。(2b)実際の加速器を用いて、非線形領域のビーム光学系の誤差解析および補正に取り組む。(2a)と(3a)は、前年度から継続して開発研究を行う。(4a)についても、引き続き試験を継続して行う。

Causes of Carryover

当該課題の性質上、課題の進行状況によって使用額が大きく左右される。当該課題は、初年度よりも次年度に多くの経費をようすることが判明したため。具体的には、計算コードの開発は初年度に行い、その結果を持って、国内外の研究者と意見交換および学会発表を行う。