Polarized Proton Acceleration in theAGS with Two Helical Partial Snakes
October 2, 2006
SPIN 2006
logo2
H. Huang, L.A. Ahrens, M. Bai, A. Bravar, K. Brown,E. D. Courant, C. Gardner, J.W. Glenn, A.U.Luccio, W.W. MacKay,  V. Ptitsyn, T. Roser, S.Tepikian, N. Tsoupas, J. Wood, K. Yip,  A.Zelenski, K. Zeno
Depolarizing Resonances in the AGS
Imperfection Resonances
     arising from sampling of error fields, fields due to closed orbit errors, etc.
             G=n (integer)   G=5,6,…45partial snake(s)
             Spin tune is given by             coss=cos (/2) cos G
      s can not be an integer, avoided all imperfection resonances
       Vertical Intrinsic Resonances
              arise from sampling of focusing fields due to finite beam emittance.
              G=kPy
              Strong ones: G=0+y,12+y,36 AC dipole, strong partial snakes
              Weak ones: G=24y,48-y      fast crossing speed , strong partial snakes
         Horizontal Intrinsic Resonances
           1. horizontal non-vertical stable spin direction due to strong partial snakeinteraction with  horizontal motion.
          2. betatron motion coupled to the vertical betatron motion by coupling elements:solenoid, helical magnet.
                G=kx   fast crossing speed, strong partial snakes
         Partial Snake  Resonances
              strength proportional to nearby intrinsic resonance strength.
              G=kPmy   , m>1  avoid the resonance tunes
MeasuretTuneAU4_June04_2
Spin Tune and Fractional Vertical Tune
With two helical magnetsinstalled, the lattice islargely distorted  at lowenergies. It took quite a lotefforts to set the verticaltune close to integer.Vertical tune is higher than8.98 at all major intrinsicresonances. It is even ashigh as 8.99 at 36+.
Ramp Measurement
RHIC injection energy was lowered by 1 unit of G for better spintransmission. Note that there is not much data before G=7.
ramp_31099_31106
Polarization as Function of Vertical Tunes
Snake resonance effect is clearly seen.
9th Harmonic at 36+
ags_imperfection_2006
Estimated imperfection resonance strengthswith large sin 9th harmonics. As can be seen,with 8mm sin 9th harmonic amplitude, theresonance strength is comparable to the 16%partial snake in the AGS. With certain phasebetween them, the effect of partial snakes iscanceled by the large orbit distortion at G=45(near 36+y).
Measured polarization as functionof the sine 9th harmonicamplitude at 36+y.  The dashedline is to guide the eyes.  Thelocation of the polarization dipagrees with model prediction.
(Mei)
Horizontal Polarization Profile
Polarization
Target Position (mm)
15% Cold Snake
10% Cold Snake
Target Position (mm)
Normalized
 Rate
15% ColdSnake
10% ColdSnake
The horizontal resonance effect is measurable over the whole ramp.The following snake setup gave the best polarization:  10% cold snake,5.9% warm snake.
 
2002
2003
2004
2005
2006
Intensity (1011)
0.7
0.7
0.7
1.0
1.5
Polarization
30%
40%
50%
50%
65%
AGS Polarization Evolution
Slow
ramp rate
Normal
ramp rate
New warm
snake
Cold
snake
Booster
Scraping
Source polarization and intensity gradually improved over this period.
Horizontal Tune Near Integer
The idea is to put  horizontal tune near 9 (~8.95) whilemaintain vertical tune close to 9 (~8.98). Both tunes arewithin the  spin tune gap.
With the fractional part of the two tunes are so close, thecoupling  has to be corrected very well. The old solenoidsnake will be ramped to overcome the coupling.
Since the horizontal resonance strength are very weak,the horizontal tune does not need to be so as close tointeger as vertical tune.
The idea has been tested with beam. With addedstrength from nearby quad strings, we should be able toput the tunes into the gap as needed.
Horizontal Tune Near Integer (2)
user2_tune
Horizontal Tune Near Integer (3)
C3_C4_GAP
Summary
65% polarization with 1.51011 intensity achieved with two partialsnakes in the AGS.
The following snake setup gave the best polarization:  10% coldsnake, 5.9% warm snake.
Added four compensation quads for warm snake worked verywell. The lattice is easier to handle than last year without them.
The intensity dependence is very benign with this setup.
There  is polarization loss of 5% due to each of vertical andhorizontal resonances. The injection and extraction mismatch isabout 1%. We expect 73% polarization with 82% input. There isstill an relative 10% polarization loss unexplained.
Move horizontal tune into the spin tune gap next run.
Spin tracking effort is underway to understand the polarizationloss.
More polarization ramp measurements during next run.
 
Spare slides
AGS Stability
RHIC injection measurements with very long measuring time. Averagedover 420 million events. Error bar for each bunch is 4.7%. Trying to lookfor AGS variation from shot to shot. Need more statistics.
pC CNI Polarimeter in the AGS
 
ultra-thin Carbonribbon (target)
g/cm2
250 m wide
~32 cm
Si strip detectors
12 vertical strips
read-out with
waveform digitizers
beam
direction
Mvc-004f
beam
24 mm
12 mm
p
p
left
right
Ramp Measurement (2)
enlarged_31099_31106
With total of eight runs, the error bars are already quite small. If data from 45degree detectors are included, they can be further reduced.