AbstractA driver-scale injector for the heavy ion fusion accelerator project has been built at LBL. This machine has exceeded the design goals of high voltage (above 2 MV), high current (more than 0.8 A of K+) and low normalized emittance (less than 1 π mm mrad). The injector consists of a 750 keV gun pre-injector followed by an electrostatic quadrupole accelerator which provides strong (alternating gradient) focusing for the space-charge-dominated beam, and simultaneously accelerates the ions to 2 MeV. A matching section is being built to match the beam to the electrostatic accelerator ELISE. The gun pre-injector, designed to hold up to 1 MV with minimal breakdown risks, consists of a hot alumino-silicate source with a large curved emitting surface surrounded by a thick “extraction electrode”. During beam turn-on the voltage at the source is biased from a negative potential, enough to reverse the electric field on the emitting surface and to avoid emission, to a positive potential to start extracting the beam; it stays constant for about 1 μs, and is reversed to turn off the emission. Since the Marx voltage applied on the accelerating quadrupoles and the main pre-injector gap is a long, constant pulse (several microseconds), the transient behavior is dominated by the extraction pulser voltage time profile. The transient longitudinal dynamics of the beam in the injector was simulated by running the particle-in-cell codes gymnos and warp3d in a time-dependent mode. The generalization and its implementation is WARP3D of a method proposed by Lampel and Tiefenback to eliminate transient oscillations in a one-dimensional planar diode will be presented.
重イオン核融合加速器プロジェクト用のドライバー規模入射器が、LBLにおいて建設された。この装置は、高電圧（2 MV以上）、大電流（0.8 A以上のK+）、および低規格化エミッタンス（1 π mm mrad未満）という設計目標を上回る性能を達成した。入射器は、750 keVのガン前置入射器と、それに続く静電四重極加速器から構成され、この加速器は、空間電荷支配ビームに対して強い（交互勾配）収束を提供すると同時に、イオンを2 MeVまで加速する。ビームを静電加速器ELISEに整合させるためのマッチングセクションが建設中である。ガン前置入射器は、最小限の絶縁破壊リスクで最大1 MVを保持するよう設計されており、厚い「引出電極」に囲まれた大きな湾曲エミッタ面を有する高温アルミノケイ酸塩源から構成される。ビーム立ち上げ時、源の電圧は負電位からバイアスされ、エミッタ面上の電界を反転させてエミッションを回避し、その後、ビーム引出を開始するために正電位へと切り替えられ、約1 μsの間その状態を維持した後、エミッションを停止するために再び反転される。加速四重極および主前置入射器ギャップに印加されるマルクス電圧は長いパルス（数μs）であるため、過渡挙動は引出パルサーの電圧時間プロファイルによって支配される。入射器内のビームの過渡縦方向ダイナミクスは、粒子インセルコードであるwarp3dおよびgymnosを時間依存モードで実行することによりシミュレーションされた。LampelおよびTiefenbackによって提案された、一次元平面ダイオードにおける過渡振動を除去する方法の一般化と、そのWARP3Dへの実装について発表する。