First stage of transverse merge Yu Bao U C Riverside N - - PowerPoint PPT Presentation

First ¡stage ¡of ¡transverse ¡merge ¡

Yu ¡Bao ¡ UC ¡Riverside ¡

• Nov. ¡05, ¡2013 ¡

1 ¡

Bob’s ¡scheme ¡

3

• 1. Kick ¡6 ¡bunches ¡

into ¡6 ¡channels ¡ ¡

• 2. Use ¡solenoid ¡lens ¡

to ¡Keep ¡the ¡ emittance ¡low ¡

• 3. Use ¡trombones ¡to ¡

lead ¡the ¡bunches ¡ to ¡different ¡ channels ¡

2 ¡

Beam ¡parameters ¡

Use ¡beam ¡after ¡longitudinal ¡merge ¡ P=212.7MeV/c, ¡dp=8.9MeV/c ¡ sigmaZ ¡= ¡13.4 ¡cm ¡ sigmaX=sigmaY=2.6cm ¡ sigmaX’=sigmaY’=0.03 ¡

3 ¡

Optimize ¡the ¡solenoids ¡without ¡the ¡kicker ¡ 2 ¡solenoids ¡lens ¡or ¡4 ¡? ¡ Use ¡bucking ¡coils ¡to ¡stop ¡fringe ¡fields ¡ Try ¡to ¡get ¡lowest ¡emittance ¡at ¡the ¡trombone ¡

No ¡kicker ¡first ¡

4 ¡

Propagate ¡the ¡Courant-­‑Snyder ¡parameters ¡through ¡ the ¡channel ¡ Chose ¡beam ¡momentum ¡from ¡188-­‑212MeV/c ¡ Calculate ¡a ¡chi^2=sigma(alfa^2+(beta(beam)-­‑ beta(cs))/beta(cs)) ¡ Change ¡solenoids ¡strengths ¡and ¡positions ¡to ¡ minimize ¡chi^2 ¡

Optimizer ¡ ¡

5 ¡

Computing ¡time: ¡propagating ¡the ¡parameters ¡to ¡25m ¡ long ¡channel ¡with ¡1 ¡cm ¡accuracy ¡need ¡~ ¡1s. ¡Fully ¡

• ptimize ¡5 ¡solenoids ¡together ¡impossible ¡(need ¡100 ¡

days) ¡ ¡ Can ¡only ¡use ¡ideal ¡field ¡strength ¡in ¡the ¡optimizer. ¡ Error ¡should ¡be ¡corrected ¡by ¡hand ¡

Difficulties ¡

6 ¡

Optimized ¡(center ¡4 ¡solenoids) ¡ alfa=0.083 ¡,beta=0.68 ¡

7 ¡

5 10 15 20 25

• 2
• 1.5
• 1
• 0.5

0.5 1 1.5 2

Alfa

5 10 15 20 25 2 4 6 8 10 12 14 16

Beta

5 10 15 20 25 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8

Gamma

5 10 15 20 25 0.5 1 1.5 2 2.5

K

4 ¡solenoids ¡

Strength: ¡B1 ¡= ¡1.21T, ¡B2 ¡= ¡0.6 ¡T, ¡ ¡B3 ¡= ¡0.42 ¡ T, ¡B4 ¡= ¡1 ¡T ¡ Position: P1 = 2.7 m, P2 = 9.5 m, P3 = 17.3 m, P4 = 22 m ¡

8 ¡

Z 5000 10000 15000 20000 25000 30000 sigma 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

XZ black & YZ red

Z 5000 10000 15000 20000 25000 30000 sigmaP 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

PxZ black & PyZ red

Z 5000 10000 15000 20000 25000 30000 emitTrans 5 10 15 20 25 30 35 40

emitTransZ

z 5000 10000 15000 20000 25000 Bz 0.5 1 1.5 2

Bz:z {x==0&&y==0}

Transverse ¡emit: ¡1.5mm-­‑>2.4mm ¡

9 ¡

2 ¡focusing ¡solenoids ¡

B1=1T, ¡B2=1.2T ¡ L1=L2=1m ¡ Gaps: ¡2.2m, ¡4.8m, ¡1.75m ¡

Incoming ¡ from ¡ previous ¡ merge ¡ Focusing ¡lens ¡ 1 ¡ Focusing ¡lens ¡ 2 ¡ Will ¡be ¡ tromebones ¡

10 ¡

Z 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 sigma 20 40 60 80 100 120

XZ black & YZ red

Z 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 sigmaP 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

PxZ black & PyZ red

Z 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 emitTrans 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

emitTransZ

z 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 Bz 0.5 1 1.5 2

Bz:z {x==0&&y==0}

Transverse ¡emit: ¡1.5 ¡mm-­‑> ¡2.8 ¡mm ¡

11 ¡

Kicker ¡on ¡(4 ¡solenoids) ¡

Kicker ¡B=0.22 ¡T, ¡L=1m ¡ ¡ Short ¡and ¡strong ¡kicker, ¡because ¡of ¡space ¡limit ¡

12 ¡

Z 5000 10000 15000 20000 25000 sigma 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

XZ black & YZ red

Z 5000 10000 15000 20000 25000 sigmaP 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

PxZ black & PyZ red

Z 5000 10000 15000 20000 25000 emitTrans 5 10 15 20 25 30 35 40

emitTransZ

z 5000 10000 15000 20000 25000 Bz 0.5 1 1.5 2

Bz:z {x==0&&y==0}

Transverse ¡emit: ¡1.5mm-­‑>4mm ¡

13 ¡

Kicker ¡on ¡(2 ¡solenoids) ¡

Kicker ¡ 6 ¡channels ¡

6 ¡solenoids ¡are ¡set ¡close ¡to ¡each ¡other ¡to ¡keep ¡less ¡bent ¡ ¡ Kicker ¡strength ¡is ¡decided ¡by ¡the ¡required ¡bending. ¡ Here ¡B=0.05 ¡T, ¡L=3m ¡

14 ¡

Transverse ¡emit ¡1.5mm-­‑>3.2mm ¡

Z 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 sigma 20 40 60 80 100 120

XZ black & YZ red

Z 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 sigmaP 2 4 6 8 10 12 14 16

PxZ black & PyZ red

Z 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 emitTrans 2 4 6 8 10 12 14 16 18

emitTransZ

z 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 22000 Bz 0.5 1 1.5 2

Bz:z {x==0&&y==0}

15 ¡

Without ¡the ¡kicker, ¡4 ¡solenoids ¡have ¡better ¡focusing ¡ For ¡space ¡problem, ¡4 ¡solenoids ¡need ¡stronger ¡kicker ¡ field, ¡resulting ¡in ¡larger ¡emittance ¡increase ¡ The ¡best ¡focusing ¡reached: ¡ ¡

Beta ¡from ¡25mm ¡to ¡35mm ¡ Emittance ¡from ¡1.5mm ¡to ¡3.2mm ¡

¡ The ¡kicker ¡caused ¡the ¡major ¡emittance ¡increase! ¡

summary ¡

16 ¡

Another ¡difficulty ¡

2T ¡ 4T ¡ 6T ¡ 10T ¡

17 ¡

Chicane? ¡

18 ¡