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

First ¡stage ¡of ¡transverse ¡merge ¡ Yu ¡Bao ¡ U C ¡Riverside ¡ N ov. ¡05, ¡2013 ¡ 1 ¡

Bob’s ¡scheme ¡ 1. Kick ¡6 ¡bunches ¡ into ¡6 ¡channels ¡ ¡ 2. Use ¡ s olenoid ¡lens ¡ to ¡ K eep ¡the ¡ emittance ¡low ¡ 3. Use ¡trombones ¡to ¡ lead ¡the ¡bunches ¡ to ¡different ¡ channels ¡ 3 2 ¡

Beam ¡parameters ¡ � Use ¡beam ¡after ¡longitudinal ¡merge ¡ � P=212.7MeV/c, ¡dp=8.9MeV/c ¡ � sigmaZ ¡= ¡13.4 ¡cm ¡ � sigmaX=sigmaY=2.6cm ¡ � s igmaX’=sigmaY’=0.03 ¡ 3 ¡

No ¡kicker ¡first ¡ � O ptimize ¡the ¡solenoids ¡without ¡the ¡kicker ¡ � 2 ¡solenoids ¡lens ¡or ¡4 ¡? ¡ � U se ¡bucking ¡coils ¡to ¡stop ¡fringe ¡fields ¡ � T ry ¡to ¡get ¡lowest ¡emittance ¡at ¡the ¡trombone ¡ 4 ¡

Optimizer ¡ ¡ � P ropagate ¡the ¡Courant-­‑Snyder ¡parameters ¡through ¡ the ¡channel ¡ � Chose ¡beam ¡momentum ¡from ¡188-­‑212MeV/c ¡ � C alculate ¡a ¡chi^2=sigma(alfa^2+(beta(beam)-­‑ beta(cs))/beta(cs)) ¡ � Change ¡solenoids ¡strengths ¡and ¡positions ¡to ¡ minimize ¡chi^2 ¡ 5 ¡

Difficulties ¡ � Computing ¡time: ¡propagating ¡the ¡parameters ¡to ¡25m ¡ long ¡channel ¡with ¡1 ¡cm ¡accuracy ¡need ¡~ ¡1s. ¡Fully ¡ optimize ¡5 ¡solenoids ¡together ¡impossible ¡(need ¡100 ¡ days) ¡ ¡ � Can ¡only ¡use ¡ideal ¡field ¡strength ¡in ¡the ¡optimizer. ¡ Error ¡should ¡be ¡corrected ¡by ¡hand ¡ 6 ¡

O ptimized ¡(center ¡4 ¡solenoids) ¡ alfa=0.083 ¡,beta=0.68 ¡ Alfa Beta 16 2 14 1.5 12 1 10 0.5 8 0 -0.5 6 -1 4 -1.5 2 -2 0 0 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 25 Gamma K 1.8 2.5 1.6 1.4 2 1.2 1.5 1 0.8 1 0.6 0.4 0.5 0.2 0 0 7 ¡ 0 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 25

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 ¡

Transverse ¡emit: ¡1.5mm-­‑>2.4mm ¡ XZ black & YZ red PxZ black & PyZ red 20 sigmaP sigma 220 18 200 180 16 160 14 140 12 120 10 100 8 80 6 60 40 4 20 2 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 Z Z emitTransZ Bz:z {x==0&&y==0} emitTrans Bz 40 2 35 30 1.5 25 1 20 15 0.5 10 5 9 ¡ 0 0 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 0 5000 10000 15000 20000 25000 z Z

2 ¡focusing ¡solenoids ¡ Incoming ¡ from ¡ Focusing ¡lens ¡ Focusing ¡lens ¡ Will ¡be ¡ previous ¡ 1 ¡ 2 ¡ tromebones ¡ merge ¡ B1=1T, ¡B2=1.2T ¡ L1=L2=1m ¡ Gaps: ¡2.2m, ¡4.8m, ¡1.75m ¡ 10 ¡

Transverse ¡emit: ¡1.5 ¡mm-­‑> ¡2.8 ¡mm ¡ XZ black & YZ red PxZ black & PyZ red 120 sigmaP sigma 20 18 100 16 14 80 12 10 60 8 40 6 4 20 2 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 Z Z emitTransZ Bz:z {x==0&&y==0} emitTrans Bz 20 2 18 16 1.5 14 12 1 10 8 0.5 6 4 2 0 0 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 11 ¡ z Z

Kicker ¡on ¡(4 ¡solenoids) ¡ Kicker ¡B=0.22 ¡T, ¡L=1m ¡ ¡ S hort ¡and ¡strong ¡kicker, ¡because ¡of ¡space ¡limit ¡ 12 ¡

Transverse ¡emit: ¡1.5mm-­‑>4mm ¡ XZ black & YZ red PxZ black & PyZ red 20 sigmaP sigma 220 18 200 180 16 160 14 140 12 120 10 100 8 80 6 60 40 4 20 2 0 5000 10000 15000 20000 25000 0 5000 10000 15000 20000 25000 Z Z emitTransZ Bz:z {x==0&&y==0} emitTrans 40 Bz 2 35 30 1.5 25 1 20 15 0.5 10 5 0 0 0 5000 10000 15000 20000 25000 0 5000 10000 15000 20000 25000 z Z 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 ¡ XZ black & YZ red PxZ black & PyZ red sigmaP sigma 120 16 14 100 12 80 10 8 60 6 40 4 2 20 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 Z Z emitTransZ Bz:z {x==0&&y==0} emitTrans Bz 2 18 16 1.5 14 12 10 1 8 6 0.5 4 15 ¡ 2 0 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 22000 z Z

summary ¡ � 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 ¡ � E mittance ¡from ¡1.5mm ¡to ¡3.2mm ¡ ¡ The ¡kicker ¡caused ¡the ¡major ¡emittance ¡increase! ¡ 16 ¡

Another ¡difficulty ¡ 2T ¡ 4T ¡ 6T ¡ 10T ¡ 17 ¡

Chicane? ¡ 18 ¡