Longitudinal particle tracking code for a high intensity proton synchrotron

大強度陽子シンクロトロンのための縦方向粒子追跡コード

山本 昌亘   

Yamamoto, Masanobu

3GeVシンクロトロンでの利用を目的とし、大強度陽子シンクロトロン向けに縦方向粒子追跡コードを開発してきた。縦方向粒子追跡コードはいくつか存在するが、我々のコードはウエイク電圧、空間電荷効果を取り込んだ上で粒子追跡を行い、マルチハモニックスの下でビームエミッタンスやフィリングファクターなどのRFバケツの裕度を計算することができる。また、シンクロナス粒子の計算方法を独自に開発し、シンクロナス粒子の周回周波数と加速周波数パターンに比例関係がない場合でも計算することができる。この特徴により、アディアバティシティのチェックが行える独自の仕様となっている。本コードを用いることで、3GeVシンクロトロンで大強度のビームを加速する条件を求めることができ、1MWの出力を達成することができた。本報告では、基本的な設計方針及びJ-PARC RCS, MRでの計算例を示す。

We have been developing a longitudinal particle tracking code for a high intensity proton synchrotron, especially for the J-PARC Synchrotron. Although some longitudinal particle tracking codes exist, our code can track the particles with a wake voltage and a space charge effect, and also can calculate a beam emittance and a momentum filling factor under a multi-harmonics to evaluate the margin of a rf bucket. Furthermore, we originally have developed the calculation method of a synchronous particle, which realizes the simulation in the case that the revolution frequency of the synchronous particle is not proportional to an acceleration frequency pattern. This is useful to check an adiabaticity. We have achieved 1 MW-eq. beam acceleration at J-PARC RCS by using the code because we can calculate the optimum acceleration conditions for the high intensity beam. We will describe the basic design of the code and the simulation results for the J-PARC RCS and MR.