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論文

Intrabeam scattering at low temperature range

Yu, P.*; He, Z.*; Wei, J.*; Sessler, A. M.*; 岡本 宏巳*; 百合 庸介

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.1943 - 1945, 2010/05

In the process of beam cooling, the main heating source is intra-beam scattering (IBS), in which Coulomb collisions among particles lead to a growth of the beam's 6D phase-space volume. The results of molecular dynamics simulations have shown an increase of heating rate as the temperature increases from absolute zero, then a peak in the heating rate, and subsequent decrease with increasing temperature. On the other hand, in the traditional IBS theory, heating rate increases monotonically as the temperature becomes lower and lower. In this paper, we attempt to extend the traditional IBS theory valid at high temperatures to relatively low temperature range, by including some many-body effects in the traditional IBS theory. In particular, we take into account the static and dynamic effect of the self-electromagnetic field of the beam. We shall show how these effects modify the traditional theory, and present the evaluation of IBS heating rate of an ion beam in the low temperature range.

論文

Status and challenges in beam crystallization

Wei, J.*; Yu, P.*; 岡本 宏巳*; 百合 庸介; Li, X.-P.*; Sessler, A. M.*

Proceedings of Workshop on Beam Cooling and Related Topics (COOL '09) (Internet), p.86 - 90, 2010/00

During the past several decades, beam crystallization has been studied both theoretically and experimentally. Theoretical investigations have been numerical, mainly using computer modeling based on the method of molecular dynamics, and analytical, based on phonon theory. Experimental investigations involve both ion storage rings and ion traps using both electron and laser beam cooling. Topics of interests include crystal stability in various accelerator lattices and under different beam conditions, crystalline beam formation in shear-free ring lattices with both magnets and electrodes, experimental simulation of alternating-gradient conditions with an ion trap, etc. In this paper, we first review theoretical approaches and major conclusions pertaining to beam crystallization. Then, we analyze conditions and methods of the various major experiments. Finally, we discuss, both theoretically and experimentally, some improvements, open questions, and challenges in beam crystallization.

論文

高エネルギー結晶化ビームの安定性について

杉本 寛*; 岡本 宏巳*; Wei, J.*; 百合 庸介; Sessler, A. M.*

Proceedings of 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.436 - 438, 2008/00

加速器中のビームを冷却すると、ビームは最終的にクーロン結晶状態になると予見されている。そのエミッタンスはゼロであり、高エネルギー衝突実験に利用すれば非常に大きなルミノシティが期待される。ビームを結晶化させるためには、ベータトロン振動数$$nu$$とラティスの超周期数$$N_{sp}$$$$nu<N_{sp}/4$$を満たしている必要がある。また、結晶化したビームを安定に周回させるためにはビームエネルギー$$gamma$$はトランジションエネルギー$$gamma_T$$を超えてはならない。本研究では$$N_{sp}$$$$gamma_T$$が大きい蓄積リングを想定し、結晶化ビームの安定性とビームのエネルギーの関係を理論及び分子動力学シミュレーションにより検討した。その結果、$$gamma$$$$nu$$を超えると結晶は不安定になることがわかった。これは$$gamma$$の増加に伴い結晶化ビームの感じる実効的な集束力が弱くなることが原因であると考えられる。ただし、比較的低密度のひも状結晶は$$gamma>nu$$の場合にも安定に周回した。以上の結果から、高エネルギーの多次元結晶化ビームを安定に周回させるためには、ベータトロン振動数と超周期数が大きなリングが必要であることがわかった。

論文

High-energy colliding crystals; A Theoretical study

Wei, J.*; 岡本 宏巳*; 杉本 寛*; 百合 庸介; Sessler, A. M.*

Proceedings of Workshop on Beam Cooling and Related Topics (COOL '07), p.91 - 95, 2007/09

Recent theoretical investigations of beam crystallization using computer modeling based on the method of molecular dynamics (MD) and analytical approach based on the phonon theory are motivated by the study of colliding crystalline beams. In order to investigate the stability of 1D crystals at high energies, we present a newly developed phonon theory in a time-dependent Hamiltonian system representing the actual alternating-gradient focusing ring. Using the theory, we explore ring lattices appropriate for beam crystallization at high energies. In comparison, we study both 1D and multi-dimensional high-energy crystals using the MD method. Both theoretical and numerical results show that it is possible to form 1D crystalline beams at high energies in rings that have high ($$gamma_T gg nu_x$$) and imaginary ($$gamma_T^2 < 0$$) transition energy. Finally, we present examples of ion-ion and electron-ion colliders with 1D ordered ions.

論文

Phonon spectrum and the maintenance condition of crystalline beams

Li, X.-P.*; 榎園 隼人*; 岡本 宏巳*; 百合 庸介; Sessler, A. M.*; Wei, J.*

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 9(3), p.034201_1 - 034201_10, 2006/03

 被引用回数:7 パーセンタイル:48.74(Physics, Nuclear)

蓄積リング内を周回する荷電粒子ビームは理想的な散逸力で空間電荷限界まで冷却されるとクーロン結晶化することが理論的に知られている。このような状態にあるビームはクリスタルビームと呼ばれる。そのエミッタンスは理論上ゼロであり、これ以上の高品質ビームは原理的にありえない。この論文では、結晶状態の格子振動について理論的に考察し、クリスタルビームの維持条件を示す。クリスタルビームを安定に維持するためには、結晶の格子振動数と外部集束場の周期数との間に共鳴が存在しないことが必要である。すべての格子振動数がラティス超周期数の1/2未満であれば、この共鳴を回避することができる。平滑化近似によって得られた解析的な計算結果と分子動力学シミュレーションから得られたフーリエスペクトルとを比較検討した。さまざまな結晶構造の安定性を幾つかの蓄積リングのラティスに基づいて検証した。解析的な理論によるクリスタルビームの維持条件は分子動力学シミュレーションでの結晶の安定性と非常によく一致した。線形共鳴理論に基づいて導出されたクリスタルビームの維持条件は、任意の二つの格子振動数の和がラティス超周期数に一致してはならない、と表すことができる。

論文

Crystalline beams at high energies

Wei, J.*; 岡本 宏巳*; 越智 秀太*; 百合 庸介; Sessler, A. M.*; 町田 慎二*

Proceedings of 10th European Particle Accelerator Conference (EPAC 2006) (CD-ROM), p.2841 - 2843, 2006/00

高エネルギーイオンビーム衝突実験において、各々の衝突ビームがクリスタルビームであれば、ビーム・ビーム相互作用の強さの指標であるビーム・ビームチューンシフトがより大きな値まで許容できることが以前に示されている。その結果、より高いルミノシティが達成可能になる。ところで、クリスタルビームは円形加速器のトランジションエネルギー未満のエネルギーでのみ生成可能である。ここでは、分子動力学シミュレーションに基づき、高トランジションエネルギーを有するラティスにおける高エネルギークリスタルビームの生成について検証する。

口頭

Various RF methods for non-scaling FFAGs

岡本 宏巳*; 金田 健一*; 杉本 寛*; Ruggiero, A.*; Sessler, A. M.*; 百合 庸介

no journal, , 

We study three different rf schemes in NS-FFAGs: (1) Harmonic jumping, (2) Harmonic jumping with frequency modulation and (3) Fixed frequency with phase control. We also use a circuit model of an rf cavity to study the effect of rapid variation of cavity drive frequency as well as cavity resonant frequency. It is shown that if the drive frequency is changed, according to the schemes above, the cavity must have a rather low Q (of the order of 50). On the other hand, if the cavity resonant frequency can be altered, in concert with the drive frequency change, then the cavity can be made with an arbitrarily high Q. In the third poster we describe the hardware necessary to construct an rf cavities having a low Q. In the fourth poster we describe the hardware necessary to construct an rf cavities having a high Q.

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