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Cavity Beam TILT monitor

高周波空洞を用いたビーム傾きモニターの設計. Cavity Beam TILT monitor. 岡本　大典　. 卒業発表. ～目次～. ILC （リニアコライダー）について. ATF ATF2 プロジェクト. Cavity BTM （ビーム傾きモニター）. 原理 見込める性能 今後について. ILC （国際リニアコライダー）. 全長３０ km におよぶ線形加速器、電子と陽電子を加速し 衝突させる。重心系エネルギー 500[GeV] ～１ [TeV]. ダンピングリング. 最終収束系. ATF. ATF 2. ILC のビームサイズ.

dinesh
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Presentation Transcript

  1. 高周波空洞を用いたビーム傾きモニターの設計高周波空洞を用いたビーム傾きモニターの設計 CavityBeam TILT monitor 岡本　大典　 卒業発表

  2. ～目次～ • ILC（リニアコライダー）について • ATF • ATF2プロジェクト • CavityBTM（ビーム傾きモニター） • 原理 • 見込める性能 • 今後について

  3. ILC（国際リニアコライダー） 全長３０kmにおよぶ線形加速器、電子と陽電子を加速し 衝突させる。重心系エネルギー 500[GeV]～１[TeV] ダンピングリング 最終収束系 ATF ATF2 ILCのビームサイズ ３００μm ６００nm ５nm

  4. ATF Accelerator Test Facility(加速器試験施設) • つくばのKEK（高エネルギー研究所）に設置されている試験加速器 • ILC（リニアコライダー）などの次世代加速器の実現を目指した開発研究 特徴 • 低エミッタンスなビーム ビームの広がり角　×　ビームサイズ • 高精度なビーム測定技術

  5. ATF２プロジェクト ILC最終収束系の技術開発を目的としたビームラインの拡張計画がある ATFで作られる低エミッタンスなビームを あらたなビームラインで細くしぼる。 ILC最終収束系のスケールダウンモデル 　　建設段階にあり、２００８年秋の運転開始を目指す

  6. キッカー ATF2であらたに加わる部分 電子銃 ダンピングリング

  7. ATF２の目標 • ３７nmほどのビームサイズの実現と、そのビーム • 　サイズが維持できる最終収束系の検証 • nmスケールでのビーム軌道の測定、及び制御 ビーム軌道の傾きを測る 傾いたビーム 本来のビーム軌道 θ θを正確に測りたい ビーム傾きモニターの設計

  8. CavityBTM 高周波空洞を用いたビーム傾きモニター ビームが空洞中を通過すると、空洞内では高周波 電磁場が励起される。 高周波電磁場の中でビームの傾きに依存して大きく 励起されるモードを解析することで、ビームの傾き を測定する。 空洞とビーム Beam ＊周りは導体でつくられている

  9. 電場の様子（空洞の断面図） 電場 Z TM010　モノポールモード TM１10　ダイポールモード TM０１０やTM１１０を用いる理由 • 最低周波数の基本モードなので、ほかの高次の • モードとの分離が楽にできる • 電場をZ方向の成分しかもたない

  10. 角度をもったビームが空洞を通ることを考える角度をもったビームが空洞を通ることを考える Beam 電場 θ 2Rtanθ Z R 空洞を通りすぎる間にビームはZ方向の移動距離に依存 した電圧を感じる（つまりθに依存） ΔU= －ΔU ビームと空洞の間でエネルギー保存 Cavity beam モードのエネルギーが励起される

  11. 信号の取り出し方 例えば、空洞の壁にスリットをつくってやることで磁場を取り出して読みだすことができる。 スリットから押し出される磁場をアンテナで捕える スリット アンテナ 磁場

  12. 同じ原理を基に制作されたCavity BPM (ビーム位置モニター) 二つ同じもの 空洞 アンテナ スリット ＠ＡＴＦ 直方体の空洞で、TM１２０（ダイポールモード）を用いてビームの通った位置を検出する。 位置分解能・・・約8.7[nm]の精度を実現

  13. 見込める性能 Cavity BTMの限界性能は 熱ノイズ、電気ノイズによってきまる。 熱ノイズ 温度があればかならず存在するノイズで、 温度と帯域幅から大きさが決まる 例えば、室温（３００K）で帯域幅が３MHzの 時には　ー１０９[dBm]程度の熱ノイズがある。 [dBm]・・１ｍW[ミリワット]を基準にしたときの電力の比 　　　　 小さな信号を表すときによく用いる 　　　　 大きいほど強い信号

  14. 空洞からの信号の評価 空洞から取り出せる信号の電力Pは 以下のように定義される ω: 周波数 U: モードのエネルギー Q値・・スリットの形、大きさからきまる。 今回の熱ノイズとの比較には Q=２００００ という値を用いた。

  15. 見込める信号の強さ（円柱） [μrad] 30mm [dBm] 20mm 熱ノイズ １バンチの電荷量 1.6[nC] 熱ノイズを考えた時の限界は０．０５[μrad]程度 実際には回路を通して検出するので電気的ノイズがはいる ０．０５[μrad]より大きい角度の測定が見込める。 　　　　　　（バンチ長は考慮していない）

  16. 見込める信号の強さ（直方体） [μrad] [dBm] 60mm 30mm 20mm １バンチの電荷量 1.6[nC] 熱ノイズを考えた時の限界は０．０７[μrad]程度 実際には回路を通して検出するので電気的ノイズがはいる ０．０７[μrad]より大きい角度の測定が見込める。

  17. 円柱と直方体を比べて 実際にいずれかのモードを測定する時、 できれば他のモードの信号は混ざってほしくない。 今の段階では直方体空洞の方が適しているかも・・ ～今後の流れ～ ビームラインを含んだ計算を 行うためには、電磁場計算の シミュレーションが必要になる • 最適な空洞 • 信号の取り出し(スリットの位置、大きさ) 実際に設計図を作っていく

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