Calculation of single-bunch instability of electron beam at DSR

Abstract

In the RI (Radioisotope) Beam Factory project, an accelerator complex called MUSES (Multi Use Experimental Storage rings) project will be constructed. At the Double Storage Ring (DSR) in the MUSES, unique experiments such as electron to RI (Radioactive Isotope) collision and X-ray to RI collision are planned in which a high quality electron beam should be stored with a large average current into the DSR. Design of the DSR lattice for a small emmitance electron beam may cause a serious problem of the beam instability. As a first step to study the beam instability at DSR, the single bunch instability caused by broadband impedances for a small emittance mode of the DSR operation were calculated in both the frequency domain and time domain. The calculation in the frequency domain is based on treatment of the eigen equation derived from the Sacherer's equation. The threshold current of the instability is found to be 6.6 mA at the energy of 2 GeV. The threshold current depends on the radio frequency voltage. The calculation in time domain is based on the tracking calculation using equations of motion including the wake potential produced by a bunched beam itself at the sources of impedance. The threshold current is supposed to be at around 10 mA.

RI(放射性同位体)ビーム工場プロジェクトにおいて、MUSES(多目的実験用リング)プロジェクトと呼ぶ加速器群が構築されようとしている。MUSES中の2重ストレージリング(DSR)では、電子-RI(放射性同位元素)衝突やX線-RI衝突のようなユニークな実験が計画されており、この実験では高品質の電子ビームをDSR中に平均大電流で蓄積する必要がある。小エミッタンスの電子ビームに対するDSR格子の設計はビーム不安定性の重大な問題を起こすおそれがある。DSRでのビーム不安定性の研究の第1段階として、小エミッタンスモードのDSR動作に対して、広帯域インピーダンスによって起きる単1バンチ不安定性を周波数領域と時間領域の両方で計算した。周波数領域での計算はSachererの式から誘導される固有方程式の処理に基づいている。不安定性のしきい値電流は2GeVエネルギーで6.6mAと見いだされた。しきい値電流は高周波電圧に依存する。時間領域での計算はインピーダンス源でバンチビーム自体によって作られるウエイクポテンシャルを含めた運動方程式を用いた軌道計算に基づく。しきい値電流は10mA前後であると思われる。