Simulation of coherent behavior of electron-cooled bunched ion beam at the ion-storage ring of RIKEN RI-Beam Factory project

Abstract

Ion beam bunching under electron cooling was studied by using computer simulation for the realization of bunched beams required for collision experiments. The simulation predicts the followings: (1) the beam has wide tune spreads longitudinally and transversely; (2) the beam is not trapped into resonance due to the nonlinear fields of magnets; and (3) the beam is stable longitudinally under a broad band impedance based on the broad band impedance model. A 150 MeV/u (238)U(92+) ion beam at 3.4 mA was simulated and the profile was presented. Results of the coherent behavior of the beam are reported. Spectra of the longitudinal and the transverse oscillations were presented. The longitudinal spectrum of the coherent behavior has three kinds of signals. The transverse spectrum has two signals of fast and slow waves. Behavior of the bunch after shifting the bunch from the synchronous particle by 4 cm was simulated to check the longitudinal stability. The stability of the transverse behavior of the bunch after its shift from the central orbit depends on the shift distance.

衝突実験に要求されるビームバンチの実現のために、電子冷却下でのイオンビームバンチングを計算機シミュレーションによって研究した。このシミュレーションにより次のことがわかった。(1)ビームは縦方向と横方向に広がりをもつ、(2)ビームは磁石の非線形場のために共鳴に捕捉されない、および(3)ビームは広帯域インピーダンスモデルに基づく広帯域インピーダンスのもとで縦方向に安定である。3.4mAでの150MeV/u の(238)U(92+)イオンビームをシミュレーションし、その分布を示した。ビームのコヒーレント挙動の結果を報告した。縦方向と横方向の振動のスペクトルを示した。コヒーレント挙動の縦方向スペクトルは3種の信号をもち、横方向スペクトルは速い波と遅い波の2つの信号をもつ。同期粒子からバンチを4cmシフトさせた後のバンチの挙動を縦方向の安定性の検査のためにシミュレーションした。中心軌道からシフトさせた後のバンチの横方向挙動の安定性はシフト距離に依存する。