大強度線形加速器における非線形空間電荷力によるビーム損失の抑制手法の評価

Evaluation of beam-loss suppression method by nonlinear space charge force in a high intensity linac

地村 幹* ; 原田 寛之  ; 守屋 克洋  ; 岡部 晃大  ; 金正 倫計  

Chimura, Motoki*; Harada, Hiroyuki; Moriya, Katsuhiro; Okabe, Kota; Kinsho, Michikazu

大強度ビームにおける空間電荷効果の増大は、ビーム損失の増大を引き起こす。そのビーム損失は、装置の放射の観点からビーム強度を制限してしまう。そのため、その空間電荷効果によるビーム広がりを抑制することが非常に重要である。本研究では、その効果が特に顕著になるリニアックの低エネルギー領域に着目した。その効果によるビーム広がりの起源を同定するために、空間電荷力を考慮したシミュレーションを実施した。そして、J-PARCリニアックの低エネルギー部(MEBT1)における空間電荷効果が顕著に影響を及ぼしていることが判明した。その要因が空間電荷力の非線形力であることを突き止め、八極電磁石による非線形磁場にてその効果を緩和する手法を新たに考案した。シミュレーション上でその手法を検証した結果、ビーム広がり抑制が可能であるという結果を得た。本発表では、考案した手法やその検証結果について報告する。

The increase of space charge effect in high intensity beam causes the increase of the beam-loss. Beam loss limits beam intensity for accelerator equipment activation. Therefore, it is important to suppress the emittance growth due to the space charge effect. I focused on the low energy region in the linac where the space charge effect becomes remarkable. In order to identify the origin of the emittance growth due to the effect, a simulation was performed with a 3-D particle-in-cell simulation code, and evaluated the influence of the effects in the J-PARC medium energy beam transport line (MEBT1) entrance to DTL exit. As a result, it was confirmed that distortion of phase space distribution occurred due to nonlinear space charge force and that leading to emittance growth. I proposed to suppress the emittance growth by using an octupole magnet that gives nonlinear force to the beam. We report the new method and simulation results.