Simulation of phase modulation for longitudinal emittance blow-up in J-PARC MR

J-PARC MRにおける位相変調を用いた縦方向エミッタンス増大のシミュレーション

山本 昌亘   ; 絵面 栄二*; 原 圭吾*; 長谷川 豪志*; 野村 昌弘  ; 大森 千広*; Schnase, A.*; 島田 太平 ; 高木 昭*; 高田 耕治*; 田村 文彦   ; 戸田 信*; 吉井 正人*

Yamamoto, Masanobu; Ezura, Eiji*; Hara, Keigo*; Hasegawa, Katsushi*; Nomura, Masahiro; Omori, Chihiro*; Schnase, A.*; Shimada, Taihei; Takagi, Akira*; Takata, Koji*; Tamura, Fumihiko; Toda, Makoto*; Yoshii, Masahito*

J-PARC MRでは原子核実験ユーザーのために遅い取り出しによってコースティンングビームを供給している。その際、MRフラットトップでのマイクロウェーブ不安定性を抑えるため、縦方向エミッタンスを増大させておかなければならない。我々は、高い周波数の空洞を使って位相変調する方式についてエミッタンスがどのように増大するのかを調べた。適切な位相変調パラメーターを知るために、粒子トラッキングシミュレーションを行った。その結果エミッタンスがきれいに増大する領域では、変調周波数と空洞周波数の間に比例関係があることを発見した。また、エミッタンス増大に必要な時間は、変調をかける時間の平方根に反比例していることも発見した。これらの、位相変調を用いたエミッタンス増大法について、粒子トラッキングシミュレーションの結果を述べる。

The J-PARC MR provides a coasting proton beam for nuclear physics experiments by slow extraction. The longitudinal emittance should be enlarged until the MR flat top to mitigate the microwave instability. We have investigated a Phase Modulation (PM) method by using a High Frequency Cavity (HFC) to increase the emittance. We have performed extensive simulation studies to find the appropriate parameters of the PM through the particle tracking simulation. We found that the effective HFC frequency has linear dependence with the PM frequency, where the emittance is smoothly enlarged. Furthermore, we found that the required HFC voltage is inverse proportional to the square root of the duration time of the PM. These PM properties will be used for the design of the HFC. We describe the particle tracking simulation results of controlled emittance blow-up by the PM.