Proceedings of the 25th Linear Accelerator Meeting in Japan (July 12-14, 2000, Himeji, Japan)[12P-46]

ELECTRON BEAM TIMING MONITOR SYSTEM AND FEEDBACK FORKEKB e-/e+LINAC INJECTOR
M. Ikeda*), S. Ohsawa, K. Furukawa and A. Shirakawa
High Energy Accelerator Research Organization (KEK)
Oho1-1, Tsukuba-shi, Ibaraki, 305-0801 JAPAN
Abstract
In order to increase positrons, the KEKB e-/e+ Linac is accelerating high-intensity electron beams of 10nC, which
require high stability of each equipment. In the efforts to stabilize the beams, we started to monitor pulse timings
concerning beams such as gun-grid pulses of 1ns pulse width and electron beam pulses of 1ns/10ps widths.

The grid

pulses are measured by means of a digital oscilloscope and the pulse timing is now being controlled within 50ps by a
feedback system. The beam pulses from a wall current monitor at buncher exit gives us bunched beam information,
which is measured by a sampling oscilloscope. We are also monitoring RF phases of sub harmonic bunchers withrespect to a reference RF wave of 2856 MHz. The time fluctuations of these values can be seen on Web browsers.

KEKB 入射部のビームタイミングモニターシステムとフィードバック1.の高電圧により加速したものである。したがってこはじめにKEK 電子陽電子加速器では、B ファクトリー実験ののグリッドパルスのタイミングに電子銃ビームのために、3.5GeV 陽電子ビームと８GeV 電子ビームをタイミングが直接依存している。電子ビームの安定[1]KEKB リングに供給している 。B ファクトリー実験

度は、このグリッドパルサーの出力パルスの安定度用ビームは、電子銃から発生したパルス幅 1ns のビに左右されるので、これを安定化することが重要でームをパルス幅 10ps の単バンチに集群して得られある。今回報告するタイミングモニターシステムでたものである。電子銃ビームのタイミングによって、は、グリッドパルス及び WC (壁電流) ビームモニバンチャー系で形成されるバンチの形状が変化す

タによるビームパルスのタイミング変化や信号のる。大電流の単バンチの場合はバンチ形状によって波高値変化などを常時モニタしている。これらの信エネルギー分布の変化する割合が大きいので、特に号をオシロスコープで測定し、計測制御ソフトを使タイミングの安定度が重要となる｡そこで B ファク用してデータ処理を行っている。また、SHB１/SHB2

トリー実験用電子銃ビームの時間変動をモニター（サブ・ハーモニック・バンチャー）の RF 信号するために構築したのが当システムである。これは(119MHz/571MHz)とバンチャーの RF 信号(2856MHz)

現在ではフィードバックにも使用されており、電子のタイミング差（位相差）、および電子銃室温も測銃グリッドパルサーのタイミングを安定化するた定している。図 1 にこのシステムの構成を示す。こめに役立っている｡本システムの構成と測定データ

れらのデータを PC 上の画面で時刻毎に読み取りそ及びフィードバックについて報告する。の時間変化を表示する。この表示画面は LAN 上のWeb ブラウザでどこからでも見ることができる。リ2.

ニアックの運転員はこれを見て電子銃や SHB の状

概要

電子銃ビームは、グリッド・カソード間にパルス電況を判断できるようになっている。フィードバック圧を印加した時に陰極から発生する電子を−200KV

は、グリッドパルサーのタイミングの変化を測定して常に一定になるようにグリッドパルサーのトリ*)

M. Ikeda, 0298-64-1171 mitsuo.ikeda@kek.jp

ガーのディレーをコントロールしている。

−264−

ETHERNETPC

LAN GATEWAY

PC
GP-IB

TRIGGER
571MHz10nC

TEMP. SENSOR

GP-IB
OSC4

OSC2

SHB1 RFSHB2 RFOSC1

OSC31nC

BUNCHER RF
E/O

HVST

図 2 ｸﾞﾘｯﾄﾞﾊﾟﾙｻｰと電子銃ﾋﾞｰﾑのﾀｲﾐﾝｸﾞ測定画面（ｘ軸：測定日時 5/24 9:51〜6/2 17:13、O/E
GUN

e- BEAMｙ軸：ﾀｲﾐﾝｸﾞ変動を 100ps/div で表示）

3.2 バンチャー直後のビームタイミング
WCM2

WCM1

GRID PULSER

パンチャー直後にある WC モニター（WCM2）からの
図 1 ﾋﾞｰﾑﾀｲﾐﾝｸﾞﾓﾆﾀｰｼｽﾃﾑの構成

ビーム信号をサンプリング・オシロスコープ（OSC1:HP54750A）でこのタイミングを測定している。データの蓄積時間を約 2 分間として更新させて、3. 測定結果その変化をプロットした(図 3)。大電流ビーム

計測制御ソフトによる測定結果の表示画面を図 2〜（10nC）の運転状態を表示している。途中で変化し図 5 に示した。その他にパルス信号電圧や、パルスているのは、保守作業後のビーム調整を行ったため幅、最大ジッター、データヒット数、繰り返し周波である。

数なども測定している。

3.1

電子銃グリッドパルサー出力のタイミングフィードバック

ビーム調整

10nC

電子銃グリッドパルサーは高電圧部にあるのでモニター出力信号を E/O、O/E により変換して、オシロスコープ（OSC3:TDS684A）にて基準トリガー信号（571MHz）に対する遅延時間を測定している。図 2の上側半分が大電流ビーム(10nC)の運転状態を示しており、下側が小電流ビーム(1nC)を表している。
実測定値からの変化を 100ps/div で表わしている。
他に電子銃直後のビームタイミング、パルス波高値、パルス幅も同時に測定しており、別画面を選択すればこれらを見ることも出来る。

図 3 ﾊﾞﾝﾁｬｰ出口のﾋﾞｰﾑﾀｲﾐﾝｸﾞ測定画面（ｘ軸：測定日時 5/24 14:26〜5/31 8：39、ｙ軸：ﾀｲﾐﾝｸﾞ変動を 50ps/div で表示）

3.3 バンチャーRF に対する SHB1/SHB2 の位相変動（OSC4:HP54750A）
バンチャー出口の RF(2856MHz)に対して SHB1/SHB２の RF の位相差を測定している(図 4)。

4.

グリッドパルサービームのタイミングフィー
ドバック

フィードバックの構成は、概念的には図 6 のようになっている。電子銃グリッドパルサーのモニター出
力信号をオシロスコープに送り、計測制御ソフトによりタイミングを測定してから、制御系のホストコﾃﾞｰﾀﾋｯﾄ数ンピュータにデータを渡している。そのデータからフィードバックプログラムがタイミング修正を行

SHB2 位相(10nC)

い、電子銃高圧ステーション制御プログラムにホス
SHB1 位相(10nC)

トコンピュータからタイミング修正データを送る。

SHB2 位相(1nC)

高圧ステーション制御プログラムは受け取った修正データに基づき、グリッドパルサーのファインデ

SHB1 位相(1nC)ィレーをコントロールする。この様にしてパルサーの出力タイミングの閉ループ制御を行ない、安定したビームタイミングを実現している。
フィードバックコントロール

図 4 ﾊﾞﾝﾁｬｰ RF と SHB1/SHB2 信号のﾀｲﾐﾝｸﾞ測定画面（ｘ軸：測定日時 4/2 1:49〜4/5 16:19、ｙ軸：ﾀｲﾐﾝｸﾞ変動を 50ps/div で表示）

3.4

電子銃室内の温度タイミング測定

高圧 ST 電源制御

プログラム

プログラム

（HP3478A）
応答素子が温度によって変化するため電子銃室内電子銃グリッドパルサーの温度を安定化することも重要である。ON/OFF 制
御の室内空調を補助するために独自に補助熱源を与えて簡便なコントロールを行っていて 1 日最大

図 6 フィードバックの概念図

0.6℃程度の温度変化に抑えている。電子銃室の中

５. まとめ央付近約 1.8m の高さに測温抵抗体温度センサー

大電流単バンチビームを安定に加速するには、入射（Pt100）を設置し変換器を使用して電圧値として部の各機器に許される許容度が極めて小さい｡従っ測定している。て、このビームを維持するには、高精度の計測とその結果をフィードバックするシステムが必要である。本システムにより電子銃グリッドパルサーのタイミングを長期安定に保つことに成功した｡この結果は 10nC ビームの安定した加速につながりひいては陽電子のビーム強度の増大となって現れている。
謝辞
プログラム開発に際し片桐広明氏、鈴木善尋氏に適切な助言をいただきました。また LCG の方々、中原前主幹、榎本主幹にご指導いただきました。ここに深く感謝いたします。

図 5

電子銃室内温度測定画面（ｘ軸：測定日時 5/31 11:16〜6/2 17:10、ｙ軸：0.2℃/div 、1 分間隔で測定）

参考文献
[1]

放射光入射器増強計画−KEKB に向けて
KEK‑Report 95‑18、1996．

、