ハドロン加速器用縦方向ビームプロファイルモニタの精度向上に向けた電子挙動シミュレーション

Numerical simulation of electron behavior to improve the accuracy of longitudinal beam profile monitor for hadron accelerators

守屋 克洋  ; 小島 邦洸* 

Moriya, Katsuhiro; Kojima, Kunihiro*

大強度ハドロン加速器の安定運転を実現するために、J-PARCリニアックではバンチシェイプモニタ(BSM)を用いてビーム進行方向のビームプロファイルを測定している。ビームラインに挿入したワイヤへビームを当てることで、ビームと同じ進行方向(縦方向)の分布を持った電子を生成する。この電子を用いてビームの縦方向に沿った分布を測定する。J-PARCリニアックでは、複数台のBSMを設置しているが、測定結果からビームパラメータを算出する際の測定精度が課題となっている。その理由は、前述の通りビームを直接測定するのではなく、ビームと同じ縦方向分布を持つ電子を高周波でけり出し、並べて置かれた検出器で位置情報に変換する等、複雑な過程を経るためである。そのため、縦方向ビームプロファイルの測定精度を向上するためには、途中の過程を詳細に考える必要がある。これまでに電子生成以降から検出までの電子挙動を数値シミュレーションで再現した例はなく、途中までのシミュレーションでも測定と矛盾する報告が多数されている。本発表では、BSM測定精度の向上に向けて、電子生成以降から検出までの電子挙動を、ビームシミュレーションコードとして定評のあるセル内粒子法を用いたコード"Warp"を用いて計算した結果を報告する。計算の結果、高周波でけり出す領域の手前に設置されたスリット幅と、電子を水平方向に収束するレンズ電極の電圧が測定精度を決めていることが分かった。スリット幅が狭いほど測定精度が向上するメリットはあるが、スリットにより電子ビームは削られ、電子収集量は減る。また、レンズ電極は水平方向に電子を集めるが、鉛直方向に発散力が働くため、検出器まで輸送できる電子数が減ることも判明した。なお、電子収集量増減の傾向は、実験結果と一致する。

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