Estimation of Decay Losses and Dynamic Vacuum for the Beta-beam Accelerator Chain

The beta-beam is based on the acceleration and storage of radioactive ions. Due to the large number of ions required and their relatively short lifetime, beam losses are a major concern. This paper estimates the decay losses for the part of the accelerator chain comprising the CERN PS and SPS machines. For illustration purposes, the power deposition in these accelerators is compared to that expected for nominal CNGS proton operation. The beam losses induced vacuum dynamics is simulated and the consequences for machine operation are discussed

Status Of The FAIR Synchrotron Projects SIS18 And SIS100

A large fraction of the program to upgrade the existingheavy ion synchrotron SIS18 as injector for the FAIR synchrotron SIS100 has been successfully completed. With the achieved technical status, a major increase of theaccelerated number of heavy ions could be reached. Thenow available performance especially demonstrates thefeasibility of high intensity beams of medium charge stateheavy ions with a sufficient control of the dynamicvacuum and connected charge exchange loss. Two furtherupgrade measures, the installation of additional magneticalloy (MA) acceleration cavities and the exchange of themain dipole power converter, are presently beingimplemented. For the FAIR synchrotron SIS100, theprocurement of all major components with longproduction times has been started. With the delivery andtesting of several pre-series components, the phase ofoutstanding technical reserach and developments could becompleted and the readiness for series productionachieved

Kollimatorsystem zur Stabilisierung des dynamischen Restgasdruckes im Schwerionensynchrotron SIS18

Zur Steigerung der Intensität von Schwerionenstrahlen in Ringbeschleunigern können Ionen mit mittleren statt hohen Ladungszuständen verwendet werden. Dies verschiebt die Begrenzung durch Raumladung in Richtung höherer Teilchenzahlen und vermeidet Strahlverluste durch die ansonsten erforderliche Umladung in Folien. Beim Testbetrieb des SIS18 der GSI mit hochintensiven Schwerionenstrahlen mittlerer Ladungszustände wurden stark intensitätsabhängige Strahlverluste beobachtet. Die Ursache hierfür ist, dass sich der Ladungszustand dieser Ionen durch Stöße mit Restgasatomen und dadurch verursachten Elektroneneinfang bzw. -verlust ändert. Die daraus resultierende Abweichung des m/q-Verhältnisses relativ zum Referenzion führt in Verbindung mit dispersiven Elementen im Strahlengang zu einer veränderten Flugbahn, was zum Verlust des Teilchens auf der Wand der Vakuumkammer führt. Am Auftreffort des Ions werden durch ionenstimulierte Desorption an der Oberfläche adsorbierte Gasmoleküle von der Wand gelöst, welche den Vakuumdruck lokal erhöhen. Diese Druckerhöhung vergrößert ihrerseits die Umladungsrate, was zu einem lawinenartigen Anstieg des Drucks und großen Strahlverlusten führen kann. Eine Methode zur Stabilisierung des dynamischen Vakuumdrucks ist der Einsatz von speziellen Kollimatorsystemen, welche die von ihrer Oberfläche desorbierte Gase in ihrer Menge minimieren und kontrolliert nahe dem Entstehungsort beseitigen. Dabei soll der Druck auf der Achse des umlaufenden Strahls möglichst unverändert bleiben. Weitere Prozesse wie z.B. Coulomb-Streuung der Strahlionen an Restgaspartikeln und unvermeidbare systematische Strahlverluste können zu zusätzlichen Druckerhöhungen führen. Der Restgasdruck im Beschleuniger wird zudem durch Ionisation der Restgasmoleküle selbst, thermisches Ausgasen der Vakuumkammerwände, Einbauten und Pumpen beeinflusst. In der vorliegenden Arbeit wird ein detailliertes numerisches Modell des Zusammenhangs zwischen dem Verhalten des dynamischen Restgasdruckes im Teilchenbeschleuniger, möglicher Stabilisierungsmaßnahmen durch spezielle Kollimatoren sowie anderer Maßnahmen und der daraus resultierenden Strahllebensdauer entwickelt. Die damit vorhergesagten Lebensdauern und Druckentwicklungen wurden, soweit möglich, mit Maschinenexperimenten verifiziert. Im Testbetrieb mit teilgeladenen U28+-Ionen im SIS18 konnte ein Teil der Umladungsverluste mit Hilfe zweier Kollimator-Prototypen lokal abgefangen und der durch ionenstimulierte Desorption erzeugte Druckanstieg vermindert werden. Die Fertigung von serienmäßig ausgeführten Kollimatoren wurde vorbereitet

Recent Development in the Mitigation of Long Term High Intensity Beam Loss

In this talk it is presented the state of the art studies to mitigate the long term beam loss in the FAIR accelerator. The effect of high intensity is discussed in relation with high intensities. In particular the discussion is made on the interplay of space charge with coupled machine resonance as the 3rd order. A new development in the theory of the 3rd order resonance is used to discuss the periodic crossing of resonances, hence the mitigation of the resonance effects, and experimental investigation (CERN-PS, and GSI) are addressed and interpreted

Injection and Acceleration of Au31+Au^{31+} in the BNL AGS

Injection and acceleration of ions in a lower charge state reduces space charge effects, and, if further elcctron stripping is needed, may allow elimination of a stripping stage and the associated beam losses. The former is of interest to the accelerators in the GSI FAIR complex, the latter for BNL RHIC collider operation at energies lower than the current injection energy. Lower charge state ions, however, have a higher likelihood of electron stripping which can lead to dynamic pressures rises and subsequent beam losses. We report on experiments in the AGS where Au{sup 31+} ions were injected and accelerated instead of the normally used Au{sup 77+} ions. Beam intensities and the average pressure in the AGS ring are recorded, and compared with calculations for dynamic pressures and beam losses. The experimental results will be used to benchmark the StrahlSim dynamic vacuum code and will be incorporated in the GSI FAIR SIS100 design