ハドロンコライダーで超高ルミノシティーを達成する新しい衝突方式

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14654048
• 研究機関: 高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 高山 健 高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 教授 (20163321)
• 研究分担者: 下崎 義人 高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 非常勤講師
• キーワード: スーパーバンチ / 傾斜交差衝突 / ビーム・ビーム相互作用 / Head-tail不安定

研究概要

ビーム・ビーム相互作用の理論的研究
スーパーバンチの傾斜交差衝突に於けるビーム・ビーム相互作用について理論と計算機シミュレーションの両面から、その有効性と物理的本質の解明を行って来た。ハイブリッド交差の有効性を更に大幅に改善する目的で考案された傾斜交差では二つのビームの遭遇距離の関数として非線形の収束と発散が旨くコントロール出来る事が解明された。以上は所謂strong-weak modelに基づいた結果である。一方、PACMAN効果について、従来のRFバンチ衝突との対比により定性的解明が進められている。スーパーアバンチ内でのmixing効果が有効だろうと言う評価であるが。
スーパーバンチ集団運動不安定の解明
系統的研究の一環として、懸念されるHead-tail不安定の評価が行われた。一般に仮定される金属真空容器の抵抗impedanceに起因するwakeが引き起こす不安定について、マクロモデルによる計算機シミュレーションの方法で、スーパーバンチのパラメーター(粒子線密度、バンチ長、シンクロトロン振動数)を関数に不安定性の成長速度(e-folding time)が計算された。
LHCアップグレードグループとの討論・研究会(*)
将来のLHCアップグレード案としてスーパーバンチ衝突の検討が開始されているが、このグループとの機会ある毎の討論を通じて、更なる有効点・問題点の洗い出しを行って来た。その結果真空壁から発生する二次電子の加速が起こらず、著しく超伝導状態にある真空壁への熱負荷が小さくなる事が判明した。
*at CERN after 2002 European Particle Accelerator Conference
*Recent Progress in Induction Accelerators

研究成果

• [文献書誌] K.Takayama, J.Kishiro, M.Sakuda, Y.Shimosaki, M.Wake: "Superbunch Hadron Colliders"Physical Review Letters. 88・14. 144901-144804 (2002)
• [文献書誌] Y.Shimosaki, S.Igarashi, S.Machida, M.Shirakata, K.Takayama, F.Noda, K.Shigaki: "Simulation Studies for Inspection of the Benchmark Test with PATRASH"AIP Proceedings HIGH INTENSITY AND HIGH BRIGHTNESS HADRON BEAMS : 20th ICFA Advanced Beam Dynamics Workshop on High Intensity and High Brightness Hadron Beams. 642. 256-259 (2002)
• [文献書誌] K.Takayama, J.Kishiro, K.Koseki, E.Nakamura, M.Sakuda, Y.Shimosaki, K.Torikai, T.Toyama, M.Wake: "SUPERBUNCH ACCELERATION AND ITS APPLICATION"Proceedings of 2002 European Particle Accelerator Conference. 998-1000 (2002)
• [文献書誌] Ken Takayama: "Super-bunch hadron Colliders"Proceedings of Recent Progress in Induction Accelerators. (2002)
• [文献書誌] Yoshito Shimosaki: "Beam-beam Effects in Inclined Super-bunch Crossing"Proceedings of Recent Progress in Induction Accelerators. (2002)
• [文献書誌] Takeshi Toyama, Ken Takayama: "Collective Instability of a Super-bunch"Proceedings of Recent Progress in Induction Accelerators. (2002)