Intense Beam Dynamics with a the IBEX linear Paul trap

使用 IBEX 线性 Paul 陷阱实现强光束动力学

基本信息

  • 批准号:
    1793349
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2016 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The next generation of intense hadron beam accelerators will be used to generate proton, neutron and muon beams for scientific and societal applications. The dynamics of particle beams in this regime is inherently non-linear, even in a linear focusing system, due to the presence of imperfections. These systems usually have no analytical solutions and can be extremely challenging to model accurately in computer simulations. Yet, future machines and novel accelerator concepts will require a detailed understanding of the interplay between space charge effects, resonances and non-linear interactions. The primary aim of this project is to establish a greater understanding of fundamental beam dynamics of intense hadron accelerators using a new experimental apparatus. The project will focus on the physics of beams in accelerators, however the impact of this project may be wide-ranging from potential new developments of diagnostics for linear Paul traps which may be applied in other fields to insights which could impact on major future accelerator projects in the UK and internationally. The student will investigate intense beam dynamics effects using a new experimental apparatus, the 'Intense Beam Experiment' (IBEX) located at the STFC Rutherford Appleton Laboratory in Oxfordshire. This experiment is not an accelerator, but a physically equivalent system called a linear Paul trap, where Argon ions are confined in the lab frame using rf quadrupole electrodes. This system can approximate the transverse dynamics of intense particle beams and rf perturbations can be applied to study imperfections. The project will be carried out in close collaboration with the Intense Beams Group at RAL and in wider collaboration with Prof. Hiromi Okamoto's beam physics group at University of Hiroshima. Initial investigations with the linear (quadrupole) trap will be benchmarked against results from a similar setup at Univ. Hiroshima and will include studies of integer resonance crossing initially in the low intensity regime and later in a space charge dominated regime. This initial research pertains to fundamental beam dynamics topics particularly relevant to non-scaling fixed field alternating gradient accelerators, where little work has been done to establish how the phenomenon of resonance crossing changes with intense beams. The student will then be expected to contribute to developing their own research questions on other topics using the IBEX apparatus. One such direction may be the stability of novel lattice configurations for future accelerators, using IBEX to map out stability diagrams in the first and higher stability regions and investigating sensitivity to space charge effects. Another possible direction is to establish a test case for half integer resonance crossing and benchmark against experiments on the ISIS synchrotron. Once investigations with the quadrupole trap are underway, the student may contribute to the development of novel diagnostics for the system in order to observe effects of the ion plasma in-situ, or to measure quadrupole or other modes.This project is well aligned with STFCs strategy for future facilities, including the investigation of a new neutron spallation source on a 15-20 year timescale.
下一代强强子束加速器将用于产生质子、中子和μ子束,供科学和社会应用。由于存在缺陷,即使在线性聚焦系统中,这种状态下的粒子束的动力学也是固有的非线性。这些系统通常没有解析解,并且在计算机模拟中精确建模极具挑战性。然而,未来的机器和新的加速器概念将需要详细了解空间电荷效应,共振和非线性相互作用之间的相互作用。本项目的主要目的是建立一个更好的理解基本的强强子加速器使用一个新的实验装置的束动力学。该项目将专注于加速器中的光束物理学,然而,该项目的影响可能是广泛的,从可能应用于其他领域的线性保罗陷阱诊断的潜在新发展,到可能影响英国和国际上未来重大加速器项目的见解。学生将使用位于牛津郡STFC卢瑟福阿普尔顿实验室的新实验装置“强束实验”(IBEX)研究强束动力学效应。这个实验不是一个加速器,而是一个物理上等效的系统,称为线性保罗陷阱,其中氩离子被限制在使用射频四极电极的实验室框架中。该系统可以近似强流粒子束的横向动力学,射频微扰可以用来研究缺陷。该项目将与RAL的强束组密切合作,并与广岛大学的Hiromi Okamoto教授的束物理组进行更广泛的合作。与线性(四极)陷阱的初步调查将基准对结果从一个类似的设置在广岛大学,并将包括研究的整数共振交叉最初在低强度制度,后来在空间电荷占主导地位的制度。这一初步研究涉及基本的束流动力学的主题,特别是相关的非缩放固定场交变梯度加速器,在那里几乎没有做工作,以建立如何与强束的共振交叉变化的现象。然后,学生将有望有助于开发自己的研究问题上使用IBEX仪器的其他主题。一个这样的方向可能是未来加速器的新型晶格结构的稳定性,使用IBEX绘制出第一和更高稳定性区域的稳定性图,并调查对空间电荷效应的敏感性。另一个可能的方向是建立半整数共振交叉的测试用例,并对ISIS同步加速器上的实验进行基准测试。一旦四极阱的研究正在进行中,学生可以为系统的新诊断的发展做出贡献,以观察现场离子等离子体的影响,或测量四极或其他模式。该项目与STFC未来设施的战略非常一致,包括在15-20年的时间尺度上研究新的中子源。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A new method to measure the beta function in a Paul trap
测量保罗陷阱中 beta 函数的新方法
  • DOI:
    10.1088/1742-6596/1067/6/062016
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Martin L
  • 通讯作者:
    Martin L
A study of coherent and incoherent resonances in high intensity beams using a linear Paul trap
使用线性保罗陷阱研究高强度光束中的相干和非相干共振
  • DOI:
    10.1088/1367-2630/ab0e28
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Martin L
  • 通讯作者:
    Martin L
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