Simulation of beam bunching by electron cooling for DSR in MUSES

Abstract

The simulation of beam bunching was carried out for collision experiment in DSR (Double Storage Ring) at MUSES (Multi-Use Experimental Storage ring). In this paper, the stability of bunching process was mainly calculated. The simulation was carried out with 10(exp 4) particles using Runge-Kutta method. The results was shown for a 150 MeV/u U-238(92+)beam with 4.5 x 10(exp 6) ions per bunch. The fluctuation of the relative momentum spread is within +/-2 x 10(exp -5) so that the bunching process is seen to be stable. The longitudinal equilibrium state seems to be realized after 14 ms from the beginning, although the transverse emittance still decreases. The longitudinal bunch structure is seen not to Gaussian, nor to be centrally parabolic. A non-cooled broad background and a well-cooled high peak are seen in the momentum distribution. The transverse particle distribution is like a starfish, whose shape is dependent on the betatron tune. The horizontal tune is 7.4. The dense distribution at the center and the starfish are expected to appear less clearly when the transverse space charge effects are taken into account.

MUSES(多目的利用実験蓄積リング)のDSR(2重蓄積リング)における衝突実験のためにビームバンチングのシミュレーションを行った。本稿では、主にバンチング過程の安定性に関し計算を行った。シミュレーションでは、10(exp 4)個の粒子でルンゲクッタ法を用いて行った。バンチあたり4.5×10(exp 6)個のイオンを含む150MeV/uのU-238(92+)ビームに対する結果を示した。相対運動量の広がりのゆらぎは±2×10(exp -5)に収まり、バンチング過程は安定に見えた。横エミッタンスは減少し続けたが、開始14ms後には縦方向平衡状態が実現しているように見えた。縦方向バンチ構造は、ガウス分布でもパラボラでもなかった。運動量分布には、非冷却の広いバンクグラウンドと冷却された高いピークが見られた。横方向粒子数分布は、人手型をしており、形はベータトロンチューンに依存した。水平方向チューンは7.4であった。粒子数分布の中心と人手型の高密度部分は、横方向空間電荷効果を考慮すると不明瞭になると思われる。