Space charge neutralization on a pulsed beam in MEBT with gas sheet beam profile monitor

ガスシートモニタを用いた中エネルギービームラインのパルスビームに対する空間電荷効果中和

山田 逸平 ; 小島 邦洸 ; 地村 幹 

Yamada, Ippei; Kojima, Kunihiro; Chimura, Motoki

大強度加速器の安定化およびさらなる大強度化のために、ビームガス相互作用を用いた非破壊型ビームプロファイルを開発してきた。このモニタはシート状に形成したガスをビームラインに導入し、ビームとの相互作用で生じる光子を検出することでビームプロファイルを得るモニタである。このモニタの非破壊度の評価として、ガス流量に対する3MeV水素負イオンのバンチドビームのエミッタンス変化を測定したところ、ガス流量によってはエミッタンスが減少する結果を得た。これはビームガス相互作用により光子と同時にシートガスからプラズマが生成され、さらにそのプラズマとビームが相互作用することによる空間電荷中和現象によるものと推測された。空間電荷中和は低エネルギービームライン(LEBT)等のバンチされていないビームに対してはよく観測および議論されているものの、バンチドビームに対しては議論されている例がない。そこでParticle-in-Cellシミュレーションを用いた検証を実施したところ、実験結果とよく一致するエミッタンス減少が再現された。その結果からバンチドビームに対する中和現象のメカニズムを明らかにし、ビームエンベロープ方程式で一般に利用される空間電荷中和項の修正を考案した。

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