大強度線形加速器を想定したシミュレーションモデルの構築

Modeling of high-intensity ion beams propagating through linear accelerators

小島 邦洸* ; 岡本 宏己*; 守屋 克洋  

Kojima, Kunihiro*; Okamoto, Hiromi*; Moriya, Katsuhiro

周期的な外力を受けながら伝搬する荷電粒子ビームは、一定の条件下でその外力と共鳴し不安定化することが知られている。円形加速器のように周期性を有する場合は解析的にビームの振る舞いが求まるため、不安定化が生じる条件を求めることができた。一方で、線形加速器の構造はビームエネルギーの増大に伴い加速器の構造長が徐々に増加するため、厳密な周期性を有していない。この周期性の破れにより、共鳴不安定化の進行が或る程度抑制される可能性がある一方で、解析的に解けない問題があった。そのため、J-PARC等の大強度線形加速器では、粒子軌道シミュレーションにより大強度ビームの振る舞いを把握し、加速器運転パラメータを検討している。J-PARCリニアックでは、J. Qiangが開発したセル内粒子法(PIC)コード"IMPACT"を用いている。IMPACTはインプットパラメータの設定が容易という利点がある反面、詳細なビーム条件や加速器の設定ができない。そこで、周期性の破れた線形加速器について系統的に調査するため、D. P. Groteらが開発したPICコード"Warp"を用いた粒子軌道シミュレーション環境の構築を行った。Warpは大強度ビームの振る舞いを把握することに特化しているだけでなく、加速器の設定を自由に構築することができる。本発表では、従来使用してきたIMPACTの計算結果とWarpの計算結果について報告する。結果を比較すると、ビームの振る舞いに大きな違いはないため、WarpはIMPACTの代わりになると言える。

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