prism-ffagの開発(ix) 入出射の検討...水平方向入出射のまとめ - 9 : 6 7)psj[poubm #...
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Acceptance
Horizontal Acceptance 40,000π mm mrad
Vertical Acceptance 6,500π mm mrad
-400-200
0200
0
50
100
150
200
020406080
100120140
../rz/ffag_n10_g17_tr620-fm.4da.0.0680.rz
Horizontal
r(mrad)
ur(m
m)
(co
un
ts)
0
25
50
75
100
125
150
175
200
-400 -200 0 2000
20
40
60
80
100
120
140
Horizontal r(mrad)
ur(
mm
)
4D Acc.=1035.5M(mm.mrad)2
-1000
100
0
20
40
0102030405060708090
Vertical
z(mrad)
uz(m
m)
(co
un
ts)
0
10
20
30
40
50
-100 0 1000
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Vertical z(mrad)
uz(m
m)
-400-200
0200
0
50
100
150
200
020406080
100120140
../rz/ffag_n10_g17_tr620-fm.4da.0.0680.rz
Horizontal
r(mrad)
ur(m
m)
(counts
)
0
25
50
75
100
125
150
175
200
-400 -200 0 2000
20
40
60
80
100
120
140
Horizontal r(mrad)
ur(
mm
)
4D Acc.=1035.5M(mm.mrad)2
-1000
100
0
20
40
0102030405060708090
Vertical
z(mrad)
uz(m
m)
(counts
)
0
10
20
30
40
50
-100 0 1000
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Vertical z(mrad)
uz(m
m)
(mm) (mm)
(mrad)
(mrad)
Tracking results using TOSCA field
40,000pi mm mrad 6,000pi mm mrad
PRISM-FFAG 入出射の問題• ビームサイズ大• ビーム位置の運動量依存• 短寿命ミューオン• Kickerによる入出射
• 大口径• 速い立ち上がり ~50ns
Phase Rotation
Simulation
momentum spreadΔp/p = ± 2%
needs6turns (=1.5μs)
survival rate (68MeV/c) μ:0.56 π : <10-23
Simulation resultfield gradient = 152kV/m
InitialΔp/p = ± 20%
after 6 turnΔp/p = ± 2%
no pion contamination
ビーム形状• 入射時
• 運動量 : 68MeV/c+-20%
• ビームサイズ大• 100cmx30cm
• 時間的広がり : 40ns(/270ns)
• kicker fall time < 230ns
• 出射時• 運動量 : 68MeV/c+-2%
• ビームサイズ• 70cmx30cm
• 時間的広がり : 200ns(/270ns)
• kicker rise time < 70ns
水平方向:入出射
水平方向のビーム軌道
垂直方向のビーム軌道
100 cm
x
y
水平方向のビーム軌道
垂直方向のビーム軌道
100 cm
x
y
Kicker-700G2352J863kV
出射
水平方向のビーム軌道
垂直方向のビーム軌道
100 cm
x
y
Kicker-700G588J863kV
入射
水平方向入出射のまとめL X Y U V
Horizontal B (T) Gradient(T/m)
rise time(ns)
fall time(ns)
Length(cm)
Height(cm)
Width(cm)
StoredEnergy (J)
Single TurnVoltage(kV)
one kick Injection -0.07 0 200 200 140 120 30 -588 863
Extraction -0.07 0 50 1000 140 120 30 -2352 863
Vertical B (T) Gradient(T/m)
rise time(ns)
fall time(ns)
Length(cm)
Height(cm)
Width(cm)
StoredEnergy (J)
Single TurnVoltage(kV)one kick any 0.3 0 50 1000 56 60 95 2016 10043
B (T) Gradient(T/m)
rise time(ns)
fall time(ns)
Length(cm)
Height(cm)
Width(cm)
StoredEnergy (J)
Single TurnVoltage(kV)
Kicker1 -0.0167 -0.078 50 200 56 30 95 -56 16
Kicker2 0.0147 0.064 50 200 140 30 95 123 30
Kicker3 0.06 0.5 50 200 56 50 95 336 335
Septum 0.25 1.5 50 200 56 80 95
1
Bob B (T) Gradient(T/m)
rise time(ns)
fall time(ns)
Length(cm)
Height(cm)
Width(cm)
StoredEnergy (J)
Single TurnVoltage(kV)Horizontal 0.108 50 122.5 120 34 3175 2038
B(T) Gradient(T/m)
rise time(ns)
fall time(ns)
Length(cm)
Height(cm)
Width(cm)
StoredEnergy (J)
Single TurnVoltage(kV)Vertical -0.0167 50 61 45 95 -92 25
0.0147 50 163 30 95 144 350.0206 50 61 45 95 113 390.171 50 82 56 95 1570 4459
€
U =By2 ⋅ L ⋅ X ⋅Y2µ0
,V =By ⋅ X ⋅ Ltrise
c.f. Neutrino Factory Study
RFOFO Kicker : U=8200J, V=5700kV
NuFact Study 2a FFAG Kicker : U=3000J, 240kV
FFAGのアクセプタンスを損ねない。
垂直方向:入出射
水平方向のビーム軌道
垂直方向のビーム軌道
100 cm
x
y
One Kickerで蹴り出す場合水平方向のビーム軌道
垂直方向のビーム軌道
100 cm
x
y
Kicker3000G2016J10043V
垂直方向:入出射
水平方向のビーム軌道
垂直方向のビーム軌道
100 cm
x
y
Kicker x3 + Septum
水平方向のビーム軌道
垂直方向のビーム軌道
100 cm
x
y
Kicker-167G56J16kV
Kicker147G123J30kV
Kicker600G336J335kV
Septum2500G
FFAG04, R.B.Palmer(BNL)
垂直方向:入出射
水平方向のビーム軌道
垂直方向のビーム軌道
100 cm
x
y
Momentum Dispersion 水平方向のビーム軌道
垂直方向のビーム軌道
100 cm
x
y
Kicker-167G56J16kV
Kicker147G123J30kV
Kicker600G336J335kV
Septum2500G
4極磁場成分を加える
水平方向のビーム軌道
垂直方向のビーム軌道
100 cm
x
y
Kicker-167G56J16kV
Kicker147G123J30kV
Kicker600G336J335kV
Septum2500G
-0.078T/m 0.064T/m 0.5T/m 1.5T/m
垂直入出射:効率FFAGの4D Acc. : 1.0G(mm mrad)^2
FFAG-Kickerの4D Acc. : 0.64G(mm mrad)^2
• FFAGアクセプタンスの64%をカバー可能
Kicker-167G56J16kV
Kicker147G123J30kV
Kicker600G336J335kV
Septum2500G
-0.078T/m 0.064T/m 0.5T/m 1.5T/m
垂直方向入出射のまとめ
L X Y U V
Horizontal B (T) Gradient(T/m)
rise time(ns)
fall time(ns)
Length(cm)
Height(cm)
Width(cm)
StoredEnergy (J)
Single TurnVoltage(kV)
one kick Injection -0.07 0 200 200 140 120 30 -588 863
Extraction -0.07 0 50 1000 140 120 30 -2352 863
Vertical B (T) Gradient(T/m)
rise time(ns)
fall time(ns)
Length(cm)
Height(cm)
Width(cm)
StoredEnergy (J)
Single TurnVoltage(kV)one kick any 0.3 0 50 1000 56 60 95 2016 10043
B (T) Gradient(T/m)
rise time(ns)
fall time(ns)
Length(cm)
Height(cm)
Width(cm)
StoredEnergy (J)
Single TurnVoltage(kV)
Kicker1 -0.0167 -0.078 50 200 56 30 95 -56 16
Kicker2 0.0147 0.064 50 200 140 30 95 123 30
Kicker3 0.06 0.5 50 200 56 50 95 336 335
Septum 0.25 1.5 50 200 56 80 95
1
Bob B (T) Gradient(T/m)
rise time(ns)
fall time(ns)
Length(cm)
Height(cm)
Width(cm)
StoredEnergy (J)
Single TurnVoltage(kV)Horizontal 0.108 50 122.5 120 34 3175 2038
B(T) Gradient(T/m)
rise time(ns)
fall time(ns)
Length(cm)
Height(cm)
Width(cm)
StoredEnergy (J)
Single TurnVoltage(kV)Vertical -0.0167 50 61 45 95 -92 25
0.0147 50 163 30 95 144 350.0206 50 61 45 95 113 390.171 50 82 56 95 1570 4459
まとめ• ビームトラッキングシミュレーションにより
PRISM-FFAGの入射取り出しについて検討した。• 水平入出射では、1Kickerのみを用いた。FFAGのアクセプタンスを100%活用できる。Stored Energy, Voltageとも高いので、分割が必要。
• 垂直入出射では、3Kicker+Septumを用いた。Stored Energy, Voltageとも比較的低い。入出射効率は64%であった。
I nject ion and Ext ract ion in same 3 cel lsCent ral kicker must be pulsed twiceEnd kickers pulsed once
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