Study of stochastic cooling at accumulator cooler ring of MUSES

Abstract

One of purposes for the Accumulator Cooler Ring (ACR) at the Multiuse Experimental Storage Rings (MUSES) project is cooling of ion beams including the Radioactive Isotope (RI) beams produced by projectile fragmentation in the fragment separator. Due to its production mechanism, the RI beam has a large horizontal and vertical emittances and momentum spread. Moreover, due to the multiturn injection, the horizontal emittance of the beam injected into the ACR is very large. Requirement of cooling in the ACR is to have a very fast cooling time for the RI beam. Stochastic cooling is one of the useful methods for cooling of the ion beams. In particular, a fast cooling time is possible in a region of large emittance and momentum spread. In a region of small emittance and momentum spread, the cooling time of the stochastic cooling is longer than that of electron cooling. In this study, the stochastic cooling is used as precooling that reduces the emittance and momentum spread to about 10 percent of their initial values, and after that, the electron cooling is used to make the final values of the emittance and momentum spread small. Transverse and longitudinal cooling time of the stochastic cooling were calculated in several conditions, and fast cooling times were found in almost whole region.

多目的実験用ストレージリング(MUSES)計画におけるアキュムレータクーラリング(ACR)の目的の1つはフラグメント分離器での入射粒子フラグメンテーションによって生成される放射性同位体(RI)ビームを含むイオンビームの冷却である。その生成機構のために、RIビームは大きな水平方向と垂直方向のエミッタンスと運動量の広がりを持つ。さらに、多重ターン入射のために、ACRに入射するビームの水平方向エミッタンスは非常に大きくなる。ACRでの冷却の必要条件はRIビームに対する冷却時間を非常に速くすることである。確率冷却はイオンビームの冷却に対して有用な方法の1つである。特に、エミッタンスと運動量広がりの大きな領域では確率冷却によって速い冷却時間が可能である。エミッタンスと運動量広がりの小さい領域では、確率冷却の冷却時間が電子冷却の場合より長い。この研究では、エミッタンスと運動量広がりをその初期値の約10%に減少させる前冷却として確率冷却を用い、その後に電子冷却を用いてエミッタンスと運動量広がりの最終値を小さくした。確率冷却の横および縦冷却時間を諸条件で計算し、ほとんど全領域で速い冷却時間を得た。