J-PARCリニアックにおける空間電荷効果によるエミッタンス増大の抑制手法の評価

Evaluation for suppression method of emittance growth due to space-charge effect in J-PARC 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

大強度陽子加速器におけるビーム強度は、最先端実験の効率や稀な事象の探索の精度を決定する重要なパラメータである。大強度ビームでは、空間電荷効果によるエミッタンスの増大および、それに伴うビーム損失による機器の放射化の増加がビーム強度を制限してしまう。その効果によるエミッタンスの増大の起源を同定するため、J-PARCリニアックをモデルとしたビームシミュレーションを実行した。その結果、空間電荷力の非線形力がビーム分布の歪みとエミッタンスの増大を引き起こしていることを確認した。そこで、空間電荷力の非線形成分と同様にビームに非線形力を与える多極電磁石を用いることによってエミッタンスの増大を抑制する手法を新たに考案し、シミュレーション上でその手法を検証した。J-PARCリニアック上流部のビーム輸送ラインに八極電磁石を導入した場合、エミッタンスの増大を2割程度抑制可能であることを示した。本発表では、多極電磁石を用いた空間電荷効果によるエミッタンス増大の新たな抑制手法について報告する。

Beam intensity in a high-intensity proton accelerator is an important parameter in user experimental facilities. Beam emittance growth and beam loss due to space charge effect make a limit of beam power from the view point of high activation at devices. In order to identify the source of beam emittance growth due to space charge effect, we performed beam simulation by using a model of J-PARC Linac. As the result, nonlinear component of space charge force causes a strain of beam distribution and emittance growth. We proposed a new method for suppression of the nonlinear component by using multipole magnet and simulated the method in our model. As the result, we indicated that the growth is suppressed by using the nonlinear field. In my presentation, we report the new method and simulation results.