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 1. 2. 3. 4. 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 1. 2. 5. 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 Dメインコイル •C型 •K値・F/D比が可変 Fメインコイル K値（定数）→主に水平方向のベータトロン振動 k D磁石 D（発散）磁石 r  B(r)  B0   r0  F（収束）磁石メインコイル F/D比（定数）→主に垂直方向のベータトロン振動 F / D  BF L / BD L  トリムコイル  B(r) L   B(r) BF L  B0 r d BD B0 r d BL積 K値・F/D比の可変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。 K値 4.6 K値可変域 ±0.5 F/D比 6 F/D比可変域 ±2.0 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。 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  1) 2 2   k 1 g1 N2 2 x AV f 2 (k  1) 2 f 2 2   k   g1 2 N2 2 z K=4.6,F/D=6, K=4.1,F/D=6, 4D acc=950 4D acc=1630 K=5.2,F/D=6, K=4.6,F/D=8, 4D acc=360 4D acc=240 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。 AV 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。 KEK150MeVFFAGの値バラつき±3%の時の 4Dアクセプタンスは 95%に減少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以下が目標距離が近い電磁石本体 RF core Field clamp 磁気シールド 4. 1. 10回対称の場合のアクセプタンスの変化 2500 2000 1500 1000 500 0 シ 2 RF 未 •シールドの素材によっては目標値を達成。 3000 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 4Dアクセプタンス(M(mm・mrad) ) •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。 3500 設ー置ル純ドな鉄しパシーーマルロドイシールド＊RF空洞表面の磁気シールドについて表面での最大磁束密度(Gauss) 10回対称性（磁石・RF10台）を用いてトラッキングを行った。磁気シールド RF core 4Dアクセプタンス 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。 4Dアクセプタンス [M （mmmrad） 2 ] 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 601Gauss　(磁気シールドなし） 167Gauss　（純鉄シールド）１台８台 10台 RFの台数非対称な場合でも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 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。