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High-speed emittance measurements for beams extracted from J-PARC RF ion source

J-PARC高周波イオン源から引き出されたビームの高時間分解能でのエミッタンス測定

柴田 崇統*; 神藤 勝啓  ; 和田 元*; 小栗 英知 ; 池上 清*; 大越 清紀 ; 南茂 今朝雄*

Shibata, Takanori*; Shinto, Katsuhiro; Wada, Motoi*; Oguri, Hidetomo; Ikegami, Kiyoshi*; Okoshi, Kiyonori; Nammo, Kesao*

J-PARCの2MHz高周波イオン源から引き出された負水素イオンビームのエミッタンスやTwissパラメータの振動を、RFQ入口の位置に設置した二重スリット型のエミッタンスモニターを用いて測定した。このエミッタンスモニターには、新たに開発した毎秒60メガサンプルのデータ取得系を備えており、数MHzのビーム振動ならば十分な時間分解能で測定することができる。本測定から、ビームの位相空間は(1)ビームコア部分に存在するDC成分、(2)ビームコア部分とハロー部分の両方で存在する2MHz成分、(3)ビームハロー部分でわずかに存在する2倍高調波(4MHz)成分の3つの成分で構成されていることが分かった。主成分は2MHz成分であり、これはビームエミッタンスの振動周波数を決めている。今回の実験で得られたビームエミッタンスは0.34$$pi$$ mm-mradのDC成分に、約0.04$$pi$$ mm-mradの2MHz振動成分の振幅が重畳していることが分かった。この結果は、イオン源から引き出されたビームが、2mほどの磁場集束系を通過しても約10%の高周波振動成分を持っていることを示している。

Oscillation of emittance and Twiss parameters in the negative ion beam from the J-PARC 2-MHz RF ion source is measured by applications of a double-slit emittance monitor located at the RFQ (Radio Frequency Quadrupole) entrance. The emittance monitor is equipped with a newly-developed 60 MS/s data acquisition system, so that beam current oscillation in a few MHz can be observed with enough time resolution. From the measurement, it is shown that the beam phase space consists of (1) a DC component in the beam core, (2) a 2-MHz oscillating component which takes place both in the beam core and the halo and (3) a doubled RF frequency (4 MHz) oscillation which slightly exists in the beam halo. The major component is the 2-MHz component, which resultantly decides the beam emittance oscillation frequency. A typical value of the beam emittance in the present experiment is 0.34 $$pi$$ mm-mrad, while the amplitude of the 2 MHz oscillation is around 0.04 $$pi$$ mm-mrad. The results indicate that the high-frequency oscillation component occupying about ten-percent of the beam from the RF source travels a few meters passing through a magnetic lens focusing system.

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