COMPUTER SIMULATION TECHNOLOGY ビーム位置モニタの wakefield シミュレーション粒子加速器のピックアップ電極とキッカー電極はビームのオフセット検出に使用されます。検出した信号は増幅され、同じターンに同一電極に印加されます。その結果、電界によって粒子の運動量に変化が生じ、粒子の位置が変化します。ピックアップ／キッカー電極のシミュレーションには下記の 2 通りの方法があります： 1. 電極を励起し、電界が荷電粒子に与える影響を評価します。これは電極をキッカーとして扱うことに等しく、CST MW STUDIO（CST MWS）でシミュレーションを行うことができます。 2. 励起として荷電粒子ビームを使用します。粒子ビームに属する電界は、出力電圧に帰結する電極と結合します。この動作はピックアップ電極とみなすことができます。空洞ウェイブガイドモードが励起されることが無ければ、上記のアプローチはアンテナ定理の相反定理と関連付けられます。図 1 に示すピックアップ／キッカー電極モデルは、ドイツ国立重イオン研究所（GSI）の電子スピン共鳴装置（ESR）に使用されているものと同様な 1/4 波長の電極です。シミュレーションに当たり、構造の半分をモデル化し、残りの半分は対称条件を設定して表現します。図 2 に示すポート 1 と 2 はビーム管の外側に接しています。ビーム管自体は非表示にしてあります。図中の青線と赤線はビーム軸を表します。図 1：ピックアップ／キッカー電極の 1/2 部分ビームはガウシアン波形を示します。図 2 には偏差、総電荷量、速度のような特性も表示されています。図 2 に明らかなように、ビームは超相対論的である必要はありません。図 2：ピックアップシミュレーションのビーム特性 COMPUTER SIMULATION TECHNOLOGY 1/4 波長の電極の周波数応答は、出力電圧をビームスペクトルに正規化することによって求められます。正規化された出力結果を図 3 に示します。[1]のなかで理論的に予測された通り、周波数応答は正弦曲線的なふるまいをみせます。また、ピックアップシミュレーションとキッカーシミュレーションの結果は、空洞ウェイブガイドモードが確実に抑制されていれば一致するはずですが、図 3（右）はその通りとなっています。周波数が高くなるにつれ、カットオフ周波数 fc の空洞ウェイブガイドモードに対応する差異が現れます。このウェイブガイドモードのために相反定理の有効性は損なわれ、2 つのシミュレーションの相互変換は不可となります。図 3：正規化された電極出力と周波数の相関バンチに対応する電界の絶対値を図 4 に示します。電極付近にはバンチ電界の、電極への結合が見られます。電極において得られた電界は（図 1 に示す）ポート 1 と 2 でモニタされ、吸収されます。図 4：運動荷電粒子バンチの電界の絶対値まとめ： CST PARTICLE STUDIO を使用したピックアップシミュレーションを紹介しました。キッカーシミュレーションは CST MW STUDIO での実行が可能です。空洞ウェイブガイドモードが存在しないことを前提として、 2 つのシミュレーションの結果は相互変換が可能です。とはいえ、CST PARTICLE STUDIO ではこのような（ほとんどの加速器では）非現実的な仮定に従わなくてもピックアップシミュレーションを実行でき、そのことが特長となっています。参考文献： [1] P. Raabe: "Feldtheoretische Analyse von Detektoren und Ablenkeinheiten für die stochastische Strahlkühlung von Teilchenstrahlen", VDI Fortschrittsberichte, Reihe 21, Nr. 128, 1993. 禁無断転載株式会社エーイーティー〒215-0033 神奈川県川崎市麻生区栗木 2-7-6 TEL (044) 980 – 0505 （代) 不許複製 ©2013 AET,Inc