Ion beam dynamics in superconducting drift tube linac

Abstract

Ion superconducting linac is based on periodic system from short identical niobium drift tube cavities. This linac supplies typically 1 MV of accelerating potential per cavity. By specific phasing of the RF cavities one can provide a stable particle motion in the whole accelerator. The longitudinal and transverse ion beam dynamics is studied in this linac. The equation of motion in the Hamiltonian form done by means of the smooth approximation. This equation is used for analysis of the nonlinear ion beam dynamics in superconducting linac. It was shown that the connection between the phase acceptance and the transverse emittance can be found by means of the effective potential function. The focusing methods by the solenoid field and RF field are studied. The results of this investigation are compared with the numerical simulation of ion beam dynamics in superconducting linac.

Линейный ионный сверхпроводящий ускоритель основан на периодической последовательности коротких идентичных ниобиевых резонаторов с трубками дрейфа. В таком ускорителе каждый резонатор обеспечивает ускоряющее напряжение около 1 МВ. С помощью специальной фазировки поля в каждом резонаторе можно обеспечить устойчивое движение во всем ускорителе. Изучается продольная и поперечная динамика пучка в таком ускорителе. С помощью метода усреднения получено трехмерное уравнение движения в гамильтоновой форме. Это уравнение используется для анализа нелинейной динамики пучка в сверхпроводящем ускорителе. Показано, как найти связь между фазовым аксептансом и поперечным эмиттансом пучка с помощью эффективной потенциальной функции. Изучаются методы фокусировки с помощью магнитного поля соленоидов и ВЧ-поля. Результаты исследований сравниваются с численным моделированием динамики ионного пучка в сверхпроводящем линейном ускорителе.

Лінійний іонний надпровідний прискорювач заснований на періодичній послідовності коротких ідентичних ніобієвих резонаторів із трубками дрейфу. У такому прискорювачі кожен резонатор забезпечує прискорювальну напругу близько 1 МВ. За допомогою спеціального фазування поля в кожному резонаторі можна забезпечити стійкий рух у всьому прискорювачі. Вивчається поздовжня і поперечна динаміка пучка в такому прискорювачі. За допомогою методу усереднення отримане тривимірне рівняння руху в гамільтоновій формі. Це рівняння використається для аналізу нелінійної динаміки пучка у надпровідному прискорювачі. Показано, як знайти зв'язок між фазовим аксептансом і поперечним еміттансом пучка за допомогою ефективної потенційної функції. Вивчаються методи фокусування за допомогою магнітного поля соленоїдів і ВЧ-поля. Результати досліджень погоджуються із чисельним моделюванням динаміки іонного пучка в надпровідному лінійному прискорювачі.