Average proton beam current increasing at the MMFL injector
The most essential results on the MMF Linac Injector beam current increase are given. The problem is solving in two ways: 1) reconstructing of the optics at the input part of the accelerating tube; 2) pulse repetition rate magnification. Possibility of the pulse current increase with the emittance...
Збережено в:
| Дата: | 2004 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English |
| Опубліковано: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2004
|
| Назва видання: | Вопросы атомной науки и техники |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/78473 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Average proton beam current increasing at the MMFL injector / V.I. Derbilov, S.K. Esin, E.S. Nikulin, O.T. Frolov, V.P. Yakushev // Вопросы атомной науки и техники. — 2004. — № 1. — С. 13-15. — Бібліогр.: 4 назв. — англ. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-78473 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-784732015-03-19T03:02:40Z Average proton beam current increasing at the MMFL injector Derbilov, V.I. Esin, S.K. Nikulin, E.S. Frolov, O.T. Yakushev, V.P. Состояние действующих и проекты новых ускорителей The most essential results on the MMF Linac Injector beam current increase are given. The problem is solving in two ways: 1) reconstructing of the optics at the input part of the accelerating tube; 2) pulse repetition rate magnification. Possibility of the pulse current increase with the emittance growth being limited is studied. The emittance and phase density of the beam at the exit of the accelerating tube are presented. The experimental data are compared with the numerical calculations. Preliminary results on the injector transition to the 100 Hz repetition rate are given. Приведено основні результати робіт зі збільшення середнього струму пучка інжектора ЛП ММФ. Розглядаються два шляхи підвищення середнього струму - реконструкція системи формування пучка на початковій ділянці прискорювальної трубки і збільшення робочої частоти проходження імпульсів. Досліджено режими, що забезпечують збільшення імпульсного струму пучка при обмеженому зростанні еміттансу. Представлено дані про еміттанс і фазової густини пучка після прискорювальної трубки. Експериментальні результати порівнюються з результатами чисельного моделювання пучка. Дано опис підготовчих робіт з переведення інжектора на частоту повторення імпульсів 100 Гц. Приведены основные результаты работ по увеличению среднего тока пучка инжектора ЛУ ММФ. Рассматриваются два пути повышения среднего тока - реконструкция системы формирования пучка на начальном участке ускорительной трубки и увеличение рабочей частоты следования импульсов. Исследованы режимы, обеспечивающие увеличение импульсного тока пучка при ограниченном росте эмиттанса. Представлены данные об эмиттансе и фазовой плотности пучка сразу после ускорительной трубки. Экспериментальные результаты сравниваются с результатами численного моделирования пучка. Дано описание подготовительных работ по переводу инжектора на частоту повторения импульсов 100 Гц. 2004 Article Average proton beam current increasing at the MMFL injector / V.I. Derbilov, S.K. Esin, E.S. Nikulin, O.T. Frolov, V.P. Yakushev // Вопросы атомной науки и техники. — 2004. — № 1. — С. 13-15. — Бібліогр.: 4 назв. — англ. 1562-6016 PACS: 29.17+w http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/78473 en Вопросы атомной науки и техники Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
English |
| topic |
Состояние действующих и проекты новых ускорителей Состояние действующих и проекты новых ускорителей |
| spellingShingle |
Состояние действующих и проекты новых ускорителей Состояние действующих и проекты новых ускорителей Derbilov, V.I. Esin, S.K. Nikulin, E.S. Frolov, O.T. Yakushev, V.P. Average proton beam current increasing at the MMFL injector Вопросы атомной науки и техники |
| description |
The most essential results on the MMF Linac Injector beam current increase are given. The problem is solving in
two ways: 1) reconstructing of the optics at the input part of the accelerating tube; 2) pulse repetition rate magnification. Possibility of the pulse current increase with the emittance growth being limited is studied. The emittance and
phase density of the beam at the exit of the accelerating tube are presented. The experimental data are compared
with the numerical calculations. Preliminary results on the injector transition to the 100 Hz repetition rate are given. |
| format |
Article |
| author |
Derbilov, V.I. Esin, S.K. Nikulin, E.S. Frolov, O.T. Yakushev, V.P. |
| author_facet |
Derbilov, V.I. Esin, S.K. Nikulin, E.S. Frolov, O.T. Yakushev, V.P. |
| author_sort |
Derbilov, V.I. |
| title |
Average proton beam current increasing at the MMFL injector |
| title_short |
Average proton beam current increasing at the MMFL injector |
| title_full |
Average proton beam current increasing at the MMFL injector |
| title_fullStr |
Average proton beam current increasing at the MMFL injector |
| title_full_unstemmed |
Average proton beam current increasing at the MMFL injector |
| title_sort |
average proton beam current increasing at the mmfl injector |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| publishDate |
2004 |
| topic_facet |
Состояние действующих и проекты новых ускорителей |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/78473 |
| citation_txt |
Average proton beam current increasing at the MMFL injector / V.I. Derbilov, S.K. Esin, E.S. Nikulin, O.T. Frolov, V.P. Yakushev // Вопросы атомной науки и техники. — 2004. — № 1. — С. 13-15. — Бібліогр.: 4 назв. — англ. |
| series |
Вопросы атомной науки и техники |
| work_keys_str_mv |
AT derbilovvi averageprotonbeamcurrentincreasingatthemmflinjector AT esinsk averageprotonbeamcurrentincreasingatthemmflinjector AT nikulines averageprotonbeamcurrentincreasingatthemmflinjector AT frolovot averageprotonbeamcurrentincreasingatthemmflinjector AT yakushevvp averageprotonbeamcurrentincreasingatthemmflinjector |
| first_indexed |
2025-07-06T02:33:38Z |
| last_indexed |
2025-07-06T02:33:38Z |
| _version_ |
1836863160550686720 |
| fulltext |
AVERAGE PROTON BEAM CURRENT INCREASING
AT THE MMFL INJECTOR
V.I. Derbilov, S.K. Esin, E.S. Nikulin, O.T. Frolov, V.P. Yakushev
Institute for Nuclear Research, RAS, 117312, 60thOct. Anniversary pr. 7a, Moscow, Russia;
nikulin@inr.troitsk.ru
The most essential results on the MMF Linac Injector beam current increase are given. The problem is solving in
two ways: 1) reconstructing of the optics at the input part of the accelerating tube; 2) pulse repetition rate magnifica-
tion. Possibility of the pulse current increase with the emittance growth being limited is studied. The emittance and
phase density of the beam at the exit of the accelerating tube are presented. The experimental data are compared
with the numerical calculations. Preliminary results on the injector transition to the 100 Hz repetition rate are given.
PACS: 29.17+w
Results of the intense beam formation at the
Moscow Meson Facility Linac (MMFL) comprising the
injector [1,2] accelerating tube (AT) grid-free optical
system are given. The injector provides a pulsed beam
at the input of the LEBT channel settled 2 m down-
stream the AT beam forming part. The channel input
aperture is 54 mm. Till now the AT long-focus optics
has been delivered using lenses with the grid at the ion
source (IS) extracting electrode and at the intermediate
electrode dividing AT into 2 parts. During long-term
beam shifting in the MMFL injector both grids proved
to be stable up to 1 mA average beam current. Normal-
ized emittance was 0.17…0.24 π⋅cm⋅mrad depending on
the IS regime and AT optical conditions (here and after
the emittance is given for the beam core containing 63%
of a total beam current).
The limited thermo-resistance of the extracting elec-
trode grid has resulted in the 30% emittance deteriora-
tion after 200h beam operation. Necessity of beam cur-
rent increase up to 2 mA with the pulse repetition rate
being doubled to 100 Hz and of emittance decrease
(RFQ cavity at the entrance of MMFL has an accep-
tance of 0.35π⋅cm⋅mrad) demanded the grid-free optics.
The improved AT configuration is shown in Fig.1.
Two diaphragm diameters have been tested: - 80 and
100 mm. The accelerating gap between electrodes 5 and
6 was decreased to 120 mm. This gap being the input
aperture of the lens provides principal focusing to the
LEBT entrance. The electrode 6 inlet has a diameter
70 mm. Since November 2002 modified AT is success-
fully in use.
Fig.1. Proton injector accelerating tube
1 – duoplasmatron, 2 – expander,
3 – extractor electrode, 4 – focusing electrode,
5 – electrode with ∅100mm diaphragm,
6 – grounded electrode with the ∅ 70mm diaphragm
The current transformer monitor is installed
1560 mm downstream diaphragm 6. Immediately after it
the emittance measurement device used for IS mode op-
timization [3] is placed.
In summer 2002 the grid-free extraction system with
conical electrodes was installed, see Fig.2,a.
Fig.2. Extraction system simulations:
a - conical electrodes, 100 mA pulse current, 35 kV
extractor voltage;
b - cylinder expander, Pierce optics, plate expander,
120 mA pulse current, 35 kV extractor voltage;
1 – expander; 2 – extractor; 3 – focusing electrode
The extracting electrode aperture diameter is 14 mm.
The expander is made from mild steel. Since September
2002 till April 2003 such a system has been successfully
used during 1600 h beam run with a pulse ion current up
to 100 mA, pulse duration 190 µs and repetition rate
50 Hz. When the pulse current being 100 mA the best
emittance value of 0,16π⋅cm⋅mrad was measured (see
Fig.3). The maximum achieved current was 110 mA.
___________________________________________________________
PROBLEMS OF ATOMIC SIENCE AND TECHNOLOGY. 2004. № 1.
Series: Nuclear Physics Investigations (42), p. 13-15.
13
At the end of April 2003 the extraction system with
the cylinder expander, Pierce geometry and the ∅
30 mm plate electrode (see Fig.2,b) was put into AT. It
permits to get the maximum pulse current up to
145 mA. With 120 mA current the emittance of 0.11 π⋅
cm⋅mrad was measured (see Fig.4).
The beam forming system has been optimized for
the maximum of current at the first LEBT beam current
transformer (BCT). The values of measured currents
are: 115 mA at the injector output, 100 mA at the first
LEBT BCT and 60 mA at BCT after the analyzing mag-
net.
The injector operation mode was as follows: IS arc
current – 36 A, extractor voltage – 35 kV, focusing volt-
age – 21, 76 and 324 kV were applied to the first and
second parts of AT respectively, hydrogen flux through
the IS was about 250 cc/hour.
Comparison of two extraction systems mentioned
above is shown in Fig.2. Simulation of particle trajecto-
ries was carried out with a zero transverse velocity
spread. In the case of conical electrodes (Fig.2,a) the
beam enters the AT space strongly converging. This re-
sults in significant emittance distortion.
With the plate extractor (Fig.2,b) the beam at the be-
ginning of AT space is practically parallel. It has larger
radius and may be better focalized when passing
through the AT.
Preliminary tests of the injector with the 100 Hz rep-
etition rate to the double average current have been car-
ried out. Recently 400 kV power supply is capable to
provide 160 µs flat-top pulse. The top of the pulse falls
down strongly at greater pulse duration due to the
chokes saturation in the multi-cascade discriminator [4].
The pulse current of 95 mA corresponding to the
1.5 mA average current has been achieved with 160 µs
pulse and 50 Hz repetition rate. Some modification of
400 kV power supply will be done to get 200 µs pulse
duration.
Fig.3. Emittance of the mA pulse current using the conical extraction system. Scale factors: X – 2mm, X’ – 4mrad,
a - lines of the constant phase density for 1, 10, 20, ……, 80, 90% of maximum density;
d - phase space domains containing 63, 86, 95, 98, 100% of the beam;
d – beam current fraction vs. limited emittance; c - phase density as a function of X, X’;
e - beam profile
14
Fig.4. Emittance of 120mA pulse current using the Pierce extraction system
ACKNOWLEDGEMENTS
The work is performed under the auspices of Russian
Foundation for Basic Research, agr.N 01-02-16148.
REFERENCES
1. S.K.Esin, L.V.Кrаvchuk, V.L.Sеrov,
А.V.Fеschеnkо // Proceedings of The ХVII Confer-
ence on Charged Particle Accelerators, Protvino,
2000, v.2, p.219 (in Russian).
2. A.S.Belov et al. // VANT. 1999, №3, p.28.
3. V.I.Derbilov, S.K.Esin, E.S.Nikulin, O.T.Frolov,
V.P.Yakoshev // Proceedings of The XIV Interna-
tional Conference on Electrostatic Accelerators,
Obninsk, 2001, p.256 (in Russian).
4. V.N.Zubetz et al. //VANT. 1999, №4, p.38.
ПОВЫШЕНИЕ СРЕДНЕГО ТОКА ПУЧКА ПРОТОНОВ ИНЖЕКТОРА ЛУ ММФ
В.И. Дербилов, С.К. Есин, Е.С. Никулин, О.Т. Фролов, В.П. Якушев
Приведены основные результаты работ по увеличению среднего тока пучка инжектора ЛУ ММФ.
Рассматриваются два пути повышения среднего тока - реконструкция системы формирования пучка на на-
чальном участке ускорительной трубки и увеличение рабочей частоты следования импульсов. Исследованы
режимы, обеспечивающие увеличение импульсного тока пучка при ограниченном росте эмиттанса. Пред-
ставлены данные об эмиттансе и фазовой плотности пучка сразу после ускорительной трубки. Эксперимен-
тальные результаты сравниваются с результатами численного моделирования пучка. Дано описание подго-
товительных работ по переводу инжектора на частоту повторения импульсов 100 Гц.
ПІДВИЩЕННЯ СЕРЕДНЬОГО СТРУМУ ПУЧКА ПРОТОНІВ ІНЖЕКТОРА ЛП ММФ
В.І. Дербилов, С.К. Єсин, Є.С. Никулін, О.Т. Фролов, В.П. Якушев
Приведено основні результати робіт зі збільшення середнього струму пучка інжектора ЛП ММФ.
Розглядаються два шляхи підвищення середнього струму - реконструкція системи формування пучка на
початковій ділянці прискорювальної трубки і збільшення робочої частоти проходження імпульсів.
Досліджено режими, що забезпечують збільшення імпульсного струму пучка при обмеженому зростанні
еміттансу. Представлено дані про еміттанс і фазової густини пучка після прискорювальної трубки.
Експериментальні результати порівнюються з результатами чисельного моделювання пучка. Дано опис
підготовчих робіт з переведення інжектора на частоту повторення імпульсів 100 Гц.
___________________________________________________________
PROBLEMS OF ATOMIC SIENCE AND TECHNOLOGY. 2004. № 1.
Series: Nuclear Physics Investigations (42), p. 13-15.
15
ACKNOWLEDGEMENTS
REFERENCES
В.І. Дербилов, С.К. Єсин, Є.С. Никулін, О.Т. Фролов, В.П. Якушев
|