1% - KEK

Report on
J-Parc neutrino beamline design
13 May. 2003 A.K.Ichikawa
Oide-san’s comments (1)
(2) Preparation部
a) もう少しregularなopticsがないものかどうか探すべきです。Qの強さ、台数が減
ればcollimatorのスペースもできます。また等価な Qを2台置くのは避けるべきで
しょう。
b) 値段の高い鉄を使ってpole tip fieldを強くし、長さを短くしたほうが軽量でか
えって得ということはありませんか。
c) リング側のphysical acceptanceが80piなのにどうして130piとかいうエミッタンス
をシミュレーションされていたのでしょうか。Preparation部の Qの口径は80piで決め
ているのでしょうか。
d) 出射部のセプタムなどには時として大きな非線形成分があることがありますが
考慮されているでしょうか。
e) Collimatorはもし必要なら可動であるべきだと思います。
Oide-san’s comments (2)
(1) 超伝導アーク部
a) やはり設計上はdesign orbit、beam optics(envelope, dispersion)が各セルで周
期的になる解を求めておくべきではないでしょうか。実際の運転で各種の補正
を行う上でも目標となるモデルが最適なものでないとやりにくいと思います。も
ちろんCombinedのQ/B比の選択にも関係します。
b) アーク部でのdispersionの振る舞いが不明です。momentum acceptanceが妙に
狭いのはおそらくdispersionの大きなところでロスしているためではないかと推
測しますが、そうだとするとロスは局在する恐れがあり、昨日のように単に単
位長さ当たりのロスだけで評価してよいものか不安です。
c) GEANTでは入力した磁場がMaxwell equationを満たすかどうかを考慮してくれ
るのでしょうか。多少心配なのは磁石端部でのfringe fieldの扱いですが。
d) Beta関数、phase advance、dispersionといったビーム光学の関数を使っていただ
いたほうがビームラインの特性が理解しやすくなる場合があります。
e) アーク両端の磁石の場所を多少前後することでdispersion suppressorを作れる
かもしれません。それによりmomentum acceptanceが広がるかも。
Sato-san’s comments
(1)aで設計軌道を決めるときに、DとFでは軌道が異なることに注意ください。
ビームサイズ、磁石端部〔外〕での軌道と真空パイプとの関係を考慮し、
apertureが最大とれるようにD/Fで別々に軌道を最適化する必要があります。
取り出しkickerの磁場が時間的に完全に一様ではなく、変化しているものと
思います。
たぶんこの効果は少ないと思いますが、ビームが時間的に横にずれることに
なります。
取り出しseptumはabortも兼ねているので加速にともない時間的に変動します。
取り出し時のseptum磁場の再現性がどの程度あるか私は知りません。
この件をJ-P加速器に確認され、取り出しビームへの影響を
評価しておくべきでしょう。
Preparation section –Overview-
ョン型
サスペンシ
0t x 2)
クレーン(2
PQ2B
PV2
PQ5
PH3
PQ4B
PQ4A
3B
PV1 PQ
PQ3A
PQ1
PQ2A
PD2
PD1
1.92 deg. bend
PH2
PH1
1.92 deg. bend
Make matching with the Arc.
Consists of normal conducting magnets.
Almost no freedom on the Length and angle
Total Length : 52.3m → Tight spacing
3.84 degrees bending
Scrape beam halo to protect super conducting magnet in the Arc
Preparation Section -OpticsSuper-con.
V
Collimator/shield
monitor
5cm
e=24p
Matching
Point
beam
5cm
H
Acceptance : 60p mm.mrad (c.f. Acc. design = 6p mm.mr)
Preparation section –Answer 1a) もう少しregularなopticsがないものかどうか探すべきです。Qの強さ、台数が減れ
ばcollimatorのスペースもできます。また等価な Qを2台置くのは避けるべきでしょう。
b) 値段の高い鉄を使ってpole tip fieldを強くし、長さを短くしたほうが軽量でかえって
得ということはありませんか。
コリメータを置くノードを増やすには、４極磁石の数を増やさなければならない。
限られたスペースで、できるだけＱを置けるようにしたものが現在のデザインである。
Qが大きくなって、2個に分けることになったのは、
スペースが限られている (focusing lengthが短い)
60pという大きな口径を確保する
ニュートリノ・ビームライン側のQが置ける位置では、すでにビームが広がっている
ためである。
ただし、PQ2をPD1の前に出して、ビームサイズを最初にしぼることによって、
下流の磁石に余裕を持たせることは、可能。
モニターは、ノードに置くべきか？
Ver. 0
V
beam
H
Ver. 1
V
beam
H
Ver. 2
V
beam
H
Preparation section –Answer 2c) リング側のphysical acceptanceが80piなのにどうして130piとかいうエミッタンスをシ
ミュレーションされていたのでしょうか。Preparation部の Qの口径は80piで決めている
のでしょうか。
Preparation部の口径は、60pで決めています。(これ以上大きくするのは難しい。)
アーク部のシミュレーションは、60π以上のいろいろなエミッタンス条件でシミュレー
ションを行い、最もアークでのロスの厳しい130pでの結果を報告しました。
d) 出射部のセプタムなどには時として大きな非線形成分があることがありますが考
慮されているでしょうか。
これは、何を意味することになるのでしょうか？
e) Collimatorはもし必要なら可動であるべきだと思います。
現在のコンセプトは、磁石を含めたpreparation部全体がコリメータとなっています。
また、そのアクセプタンスは、加速器設計値6pに対し、60pをとっています。
コリメータ部分だけを可動にする意味は薄いと考えます。
また、ビームライン全体でコリメートするため、コリメータをビームサイズの大きい所だ
けで削るという意味も薄れていると考えます。
Combined Function
–beam dynamics-
Horizontal beam ellipse
1st Magnet
Entry
4th Magnet
Entry
Center
Center
Exit
Exit

Entry
Center
Entry
Center
Exit
2nd Magnet
Exit
5th Magnet
Combined Function
–beam dynamics-
Horizontal beam ellipse
1st Magnet
Entry
9th Magnet
Entry
Center
Center
Exit
Exit
=
Entry
Center
Entry
Center
Exit
2nd Magnet
Exit
10th Magnet
Separate Function
–beam dynamics-
Horizontal beam ellipse
4th Magnet
1st Magnet
Entry
Entry
Center
Center
Exit
Exit
=
Entry
Center
Entry
Center
Exit
2nd Magnet
Exit
5th Magnet
Center orbit w/ two settings
obtained w/ Geant
Tanabe
Ver 0.
Ver.1
Ver. 2
Definition of “Acceptance”
Using beamline simulation by Geant
100p
60p
Generate particles
according to extraction
TWISS parameter
Uniformly distributed in
the phase space ellipse of
a certain emittance.
1. Maximum emittance within which
all the tracks can be transported
through the beamline
2. Partial fraction of transported tracks
among tracks generated in 100p
mm.mr
Admittance
Horizontal phase
space ellipse
Entry
in the1st Magnet
y=y’=Dp=0
Center
Beam from Prep.
Section
Good Matching!
Exit
Acceptance
CF28 120mmf Dp/p=0,
n<3
82p(99.5%)
120mmf Dp/p=0.4%, n<3
46p(96.7%)
120mmf Dp/p=0.4%, n<11
44p
130mmf Dp/p=0,
n<3
106p(100%)
130mmf Dp/p=0.4%, n<3
66p(99.4%)
130mmf Dp/p=1%, n<3
14p(92%)
130mmf Dp/p=0,
n<11
130mmf Dp/p=0.4%, n<11
130mmf,Dp/p=0.4% n<3 w/o end part
SF20 130mmf Dp/p=0,
100p
61p(99.1%)
86p
n<3 w/o end part
79p
130mmf Dp/p=0.4%, n<3 w/o end part
59p
CF28 : Combined function, 28 magnets
SF20 : Separate function, 20x2 magnets
n : mulit. component
Admittance
x(y=y’=0)
y(x=x’=0)
n<3
209p
300p
Dp/p=0.4%, n<3
204p
Dp/p=1%, n<3
189p
CF28 130mmf Dp/p=0,
SF20 130mmf Dp/p=0,
n<3
Dp/p=1%, n<3
172p
139p
190p
Arc section –Answersa) やはり設計上はdesign orbit、beam optics(envelope, dispersion)が各セルで周期的
になる解を求めておくべきではないでしょうか。実際の運転で各種の補正を行う上で
も目標となるモデルが最適なものでないとやりにくいと思います。もちろんCombined
のQ/B比の選択にも関係します。
Combined functionでも周期解を得られていることがわかりました。
b) アーク部でのdispersionの振る舞いが不明です。momentum acceptanceが妙に狭
いのはおそらくdispersionの大きなところでロスしているためではないかと推測します
が、そうだとするとロスは局在する恐れがあり、昨日のように単に単位長さ当たりの
ロスだけで評価してよいものか不安です。
現在のopticsが、特にdispersionを大きくしているものではないことはわかりました。
いずれにせよ、dispersionをpreparation部でコントロールすることに成功はしていませ
ん。
c) GEANTでは入力した磁場がMaxwell equationを満たすかどうかを考慮してくれる
のでしょうか。多少心配なのは磁石端部でのfringe fieldの扱いですが。
これから、評価いたします。
e) アーク両端の磁石の場所を多少前後することでdispersion suppressorを作れるかも
しれません。それによりmomentum acceptanceが広がるかも。
Beam loss
Primary beam loss
200p mm.mr, Dp/p=2% uniformly distributed beam
Prep.
Arc
Ver.0
87.3%=750W
0.41%=3.5W
Ver.1
Ver.2
86.7%=750W
83%=750W
0.16%=1.4W
0.24%=2.2W
Energy deposit from the secondary particles are being
examined by Tanabe-kun.

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