コリメータの wakefield シミュレーション　

コリメータはリニア加速器システムのバックグラウンドノイズを低減するために用いられますが、同時に、短距離のウェイクフィールドをもたらします。このウェイクフィールドにより横断キックが起こり、ひいては軸外ビームを生じるおそれがあります。このようなウェイクフィールドの効果を設計段階において考慮し、不安定性を回避しなくてはなりません。

図1　コリメータのジオメトリとウェイブガイドポート定義

図 1 は横幅 38 mm、テーパ 300 mrad のコリメータです。形状の対称性から図 2 のように対称条件を設定し、シミュレーションを構造の 1/4 に対してのみ行うようにできます。端部はウェイブガイドポートで覆われます。ウェイブガイドポートは、不連続部分で励起される可能性のある空洞ウェイブガイドモードを吸収する役割を果たします。ビームそのものは PARTICLE STUDIO の特別な境界条件で吸収します。

図2　シミュレーションに使用した境界条件と対称条件

図 3 にはバンチ長、総電荷量、ビーム速度が表示されています。青色の線はビーム軸を表します。まずウェイクフィールドを、後に損失係数を直接積分法で求めました。積分の軸は図 3 の赤色の線で示されています。

図3　Wakefield シミュレーションの荷電粒子ビーム定義とパラメータ

図 4 に示したのは電界の絶対値です。 最初は運動電荷による電界のみですが、不連続部分を通過する際にウェイクフィールドが励起され、これによって後続の粒子が偏向される可能性があります。

図4　コリメータ構造を貫通するバンチの電界の絶対値

損失係数は縦方向のウェイクポテンシャルから [1] に従って決定されます。パラメータスタディ（図 5 参照）により、テーパ角度が大きくなるにつれコリメータの損失も同様に増加する様子がはっきりと分かります。結果に表れるこの傾向は [2] に記載の検証でも報告されています。

図5　損失係数 vs テーパ角度