Performance tests of a variable-frequency RFQ linac for RILAC

Abstract

The improvements made on RFQ (Radio Frequency Quadruple) linac and the results of performance tests are described. At the initial stage of high power tests, the ceramic pillars broke with heat generated by dielectric loss. To solve this problem, new pillars made of Al2O3 were adopted and its top and bottom were welded with copper-tungsten alloys. After this improvement, the RFQ is stably operating in the whole range of the acceleration voltage acceptable to the RILAC (RIKEN Linear Accelerator). Acceleration tests were performed using the ion beams transported from the 18-GHz ECRIS (Electron Cyclotron Resonance Ion Source). The ions accelerated so far are O(3, 4, 5+), Ne(4+), Ar(2, 3, 6, 8, 9, 11+), Kr(9+), Xe(12+) and Ta(7, 16, 17+). The maximum transmission efficiency, defined by the ratio of the beam current detected with the two Faraday cups separated by RFQ, was 88 percent for the beam intensity of 120 e micro-A. The input beam emittance from the ion source was 150 - 300 pi mm mrad, which decreases with an increase in the extraction voltage of the ion source and/or the charge states of ions. The output beam emittance was almost independent of the accelerating condition, resulting in agreement with a simulation. The output energy decreased with reducing the intervane voltage.

RFQ(高周波四重極)線形加速器について行った改良と、その性能試験の結果について述べた。第1段階の高出力試験で、誘電損失による熱によりセラミックポストが破壊した。新しいAl2O3製のポストを用い、上部、下部を銅-タングステン合金と溶接することによりこの問題を解決した。この改善によりRILAC(理研線形加速器)の可能な全加速電圧領域でRFQを安定に運転できた。18GHzのECRIS(電子サイクロトロン共鳴イオン源)から送られたイオンビームを用い加速試験を行った。これまでに加速したイオンは、O(3,4,5+)、Ne(4+)、Ar(2,3,6,8,9,11+)、Kr(9+)、Xe(12+)、Ta(7,16,17+)である。RFQで隔てられた二つのファラディカップにより検出したビーム電流比と定義した最大伝達効率はビーム強度120eμAで88%であった。イオン源からの入力ビームのエミッタンスは150〜300πmm･mradで、イオン源の抽出電圧またはイオンの荷電状態の増加により減少した。出力ビームのエミッタンスは加速条件にほとんど依存せず、シミュレーションの結果と一致した。RFQ出力ビームのエネルギーはインタベーン電圧の減少と共に減少した。