大阪大学理学研究科 物理学専攻 久野研究室 M1 中丘末広 電磁石性能及びシミュレーション 大阪大学理学研究科 物理学専攻 久野研究室 M1 中丘末広
目次 PRISM-FFAG電磁石の特徴 K値・F/D比によるビームダイナミクスの変化 磁場強度のバラつきによる影響 RFでの磁場が与える影響 10回対称の場合 非対称の場合 まとめ
1. PRISM-FFAG電磁石の特徴 大口径 C型 K値・F/D比が可変 BL積 K値（定数）→主に水平方向の ベータトロン振動 メインコイル F/D比（定数）→主に垂直方向の ベータトロン振動 BL積 トリムコイル
K値・F/D比の可変 K値 4.6 K値可変域 ±0.5 F/D比 6 F/D比可変域 ±2.0 大強度ミューオン源 →大アクセプタンスであることが重要 しかし、リング製作の際様々な要因からチューンシフトが起こり、アクセプタンスが減る。 K値・F/D比を調整することで設計時の大アクセプタンスを実現できる。 また大口径FFAGにおいてk値・F/D比を変えた場合のビームダイナミクスを実験的にスタディできる。 K値 4.6 K値可変域 ±0.5 F/D比 6 F/D比可変域 ±2.0 POISSON磁場によるチューンと4Dアクセプタンスの関係
ビームスタディの手法 現在の電磁石の仕様に沿って、トラッキングによるビームスタディを行った。 基準となるデータ K+1値 (@z=0) F/D比 (@z=0) 4Dアクセプタンス = 950 M((mm・mrad)2)
2. K値・F/D比を変える K=4.6,F/D=4, 4D acc=310 K=4.6,F/D=6, 4D acc=950 共鳴線をまたぐことによって四次元アクセプタンスに変化が見られる。 →FFAGにおける共鳴の効果のスタディに役立つ。 K=5.2,F/D=6, 4D acc=240 K=4.6,F/D=8, 4D acc=360
3. 磁場強度のバラつきによる影響 磁場強度がセル毎にバラつきをもつとしてアクセプタンスの評価を行った。 磁場強度のバラつきは4Dアクセプタンスに強い影響力を持つ。 バラつき±3%の時の4Dアクセプタンスは 95%に減少 KEK150MeV-FFAGの値 磁場強度のバラつき（±%）
4. RF内の磁場による影響 1. RFの設置によって磁場が乱れチューン等ダイナミクスが変わる。 2. RF coreが磁気的に飽和 （インピーダンスが悪化する) → 十分な加速勾配が得られない。 磁気シールドを最適化して洩れ磁場を減らす必要がある。 KEK:150MeV-FFAGの経験からcore表面の磁場100Gauss以下が目標 磁気シールド Field clamp 電磁石本体 RF core 距離が近い
4. 1. 10回対称の場合のアクセプタンスの変化 10回対称性（磁石・RF10台）を用いてトラッキングを行った。 シールドの分割で空気による磁気抵抗を取り入れ効率的。 シールドの素材によっては目標値を達成。 RFでの磁場による四次元アクセプタンスの変化は2%程度しかない。
4. 2. 非対称の場合の4Dアクセプタンスの評価 さらに10回対称性を崩してアクセプタンスの評価を行った。この際、RF core表面での最大磁束密度の違う２つのパターンについて調べた。 非対称な場合でも4DアクセプタンスがRF・及びそのシールドにおける磁場から受ける影響は2~3%程度である。
まとめ PRISM-FFAG電磁石ではトリムコイルを用いて、大強度ミューオンを実現するのに最適な磁場に調整が可能である。また、実験的に大口径FFAGにおけるビームダイナミクス研究が可能である。 磁場強度のバラつき±3%で4Dアクセプタンスは95%になる。 RFによる磁場の乱れで4Dアクセプタンスは、１０回対称の場合2%、非対称の場合3%減少する。
(補遺) 10回対称の場合のチューンの変化 D成分のk値はRFの設置で3%ずれる チューンの変化は1%以下。 F成分のk値は全く影響を受けていない D成分のk値はRFの設置で3%ずれる チューンの変化は1%以下。 →10回対称ではRFの有無でのビームダイナミクスの変化はない。