Proceedings of the 25th Linear Accelerator Meeting in Japan (July 12-14, 2000, Himeji, Japan)[12P-15]

DEVELOPMENT OF THE BEAM DEFLECTOR
T.Kobayashi*, T.Asaka, A.Mizuno, T.Hori, S.Suzuki, K.Yanagida, T.Taniuchi,
H.Tomizawa, H.Dewa and H.Hanaki
Japan Synchrotoron Radiation Research Institute(JASRI/SPring-8)
Koto 1-1-1, Mikazuki, Sayo, Hyogo, 679-5198 JAPAN
Abstract
In SPring-8, the growth of the grid emission after long-term use of the linac's electron gun becomes a problem.
Since the SPring-8 storage ring increased the experiment of the single bunch operation, they have requested to reduce
the grid emission from the electron gun in order to obtain the signal purity of the single bunch over 10-6. Then, we
designed and produced the deflector system for kicking the grid emission with a high electric field. The performance
test was started at the test bench of electron gun installed in the machine experimental hool.

ビームディフレクターの開発
1.

はじめに熱電子銃は長期間の使用で、カソードに含浸されているBa が、電子ビームをコントロールするためにあるグリッドに付着する。このBaがグリッドに付着すると、グリッドパルサーで引き出されるメインビームのほかに、グリッドから電子銃のパルス高電圧で電子が引き出されるグリッドエミッションが発生するようになる。このグリッドエミッションは、ヒーター通電時間が経過するにつれて多くなり、制御は不可能である。
蓄積リングでは、蓄積リング内でのシングルバンチ化を行っているが、線型加速器からのグリッドエミッションにより、蓄積したくないバケットまで電子ビームが蓄積されてしまう。現在はシンクロトロンの RF-KOにより、蓄積リングに入る前に蹴り飛ばしている。しかし、線型加速器から加速しないのが最良である。
そこで我々は電子銃直後に小型のdeflectorを設置し、グリッドエミッションをtranseverce 方向に蹴り飛ばしてしまう beam deflectorの開発を行っている 1） 。このdeflectorは、電子銃パルス高電圧から出てくる約5 μsのグリッドエミッションまで蹴り飛ばせる事が必要である。更に、メインビームの近くに存在するグリッドエミッションを蹴り飛ばすために、deflectorに供給するパルス電圧の立ち上がりはできるだけ高速であることが必要である。
* T.Kobayashi, 0791-58-0843, tkoba@spring8.or.jp

そこで高周波解析プログラム (HFSS) を 用 い 、deflector chamber部の最適設計を行った。
この deflector systemを SPring-8のマシン実験棟に設置し、試験を始めた。現在までに得られた結果について、報告する。
2. 電子銃テストベンチの構成
Fig.1がSPring-8 マシン実験棟内に設置した電子銃テストベンチである。電子銃へ供給する高電圧は、グラスマン社の電源で最大150kV DCである。
高圧デッキ部には、2kVAのトランスを通して電力を供給する。グリッドパルサー用トリガは、高安定光ファイバー送受信機（ORTEL 社 送 信 機
3510A-NIM, 受信機4511A-NIM）によるトリガ伝送である。

Fig.1電子銃テストベンチ
この他に、エミッション電流の波形やプロファイ−171−ルを計測するためのウォールカレントモニター、プロファイルモニターなどで構成されている。真空引きには、３台の100l/s の排気速度のイオンポンプを用いている。deflector chamberは電子銃真空引き用 chamberとウォールカレントモニターとの間に設置した。
3. beam deflectorの構成
Fig.2にdeflector chamberの構成を示す。偏向用電極は、２枚のプレートから成り、それぞれのプレー
ト の 特 性 イ ン ピ ー ダ ン ス は 50ohm で あ る 。
deflectorの長さは、200mm,幅 15mm,厚さ 3mm の無酸素銅を使用した。角形チャンバーの材質は、非磁性のsus316でワイヤーカット加工で製作した。
プレートとチャンバー間は約3.6mmである。コネクターは通常の20D型をフィードスルーにするために新規の設計した。

測定した。その結果は、Fig.5 のようになり、HFSSのシュミレーション結果と比較的良く一致していた。

Fig.3 20Dフィードスルー部のHFSSシュミレーション結果

200262615ICF114 rotate

30Fig.4 deflector部のみのHFSSによる最適化

Beam slit
UFC306 rotate

UFC306

Fig.2 deflector chamber
4.

真空フィードスルーコネクタと deflector
chamberの高周波特性
HFSSによるフィードスルーコネクタとdeflectorchamberのシュミレーション結果を、Fig.3に示す。
フィードスルーコネクタのリターンロスは、2GHzで約-40dBと、十分使用可能な計算結果になった。
次に、deflector部は最適化を行った結果、Fig.4 のように2GHzで約-20dBとなった。chamberにフィードスルーコネクタを含めて、HFSSで解析した。
その結果、-14dBのリターンロスとなり、この形状でdeflection chamberを製作することにした。
次にリターンロスをネットワークアナライザーでFig.5 deflector network analyzerによるリターンロス
計測
5.

高電圧パルサー
ケンテック社のパルサーの出力は、２つのHNコネクタ出力で、ヘリポットで+4.5kVから+7kVまで可変できる。立ち上がりは、パルサー出力に50cmのケーブルを接続した状態で200ps以下であり、それぞれのパルス高電圧の立ち上がりのジッターは20ps(RMS)以下である。
Fig.6は、上からplate 1のパルス高電圧波形、plate 2のパルス高電圧波形、次はdeflector がない
時にグリッドエミッション電流とメインビームが一緒に出てきた時の電流波形（グリッドエミッション部分はかなりオーバー気味に書いている）、最後にdeflector を通過した時に得られるメインビームのみが通過してきた時の電流波形を示す。
plate1 の 説 明 部 に 書 か れ て い る gate width 部が,plate1とplate2ともにパルス高電圧が0Vの部分である。従って、plate2 に対して plate1に供給されるパルス高電圧の遅延時間を変える事でエミッション電流の通過できる時間が任意に可変できる。

Fig.7 deflectorのgate open -closeのtimming

Gate width+7kV

T.Kobayashi

plate 1Gndplate 2-7kV
Main beam
grid emission

grid emission

Main beamgate 幅50nsGnd

Fig.6 deflector plateに印加されるパルス高電圧のタイミングとエミッション電流との関係
6.

電子ビームの電界偏向試験
マシン実験棟に設置されている電子銃テストベ
ンチで DC高電圧 75kV、パルス幅 40nsのエミッションを発生させた。この時のエミッションピー
ク電流は 36mAであった。deflector 用高電圧パルサーへの外部トリガは、40ns以上のパルス幅を選択し、gate openとgate close の信号を Fig.8のようなタイミングで動作させた。
deflectorの基本性能はパルス幅40nsのエミッション電流をグリッドエミッション部とメインビーム部に見立てて、40ns幅のエミッション電流の後縁部からdeflectorによる蹴り飛ばす試験をした。
Fig.9のようにgate close用トリガーの遅延時間を短くしていくと、gate openの時間が短くなり、エミッション電流が後方から欠けていくのを確認できた。
まとめ
我々はSPring-8電子銃テストベンチに於いて,グリッドエミッション電流を蹴り殺すための beam
deflectorを開発している。現在までの試験では、基本的な動作は問題ないことが確認できた。今後更に詳しいビーム性能を調べるべく、モニターシステムの充実を図っていきたい。

gate幅 20ns
Fig.8 gate closeのタイミングの遅延時間を変化させた時の40nsエミッション電流波形の変化
謝辞
HFSSによるシュミレーションとネットワーク
アナライザーによるリターンロスの計測は、（株）
日本高周波が行った。（株）日本高周波の鈴木久仁於氏には、多大なご協力を頂いた。ここに感謝の意を表します。
参考文献
1)T.Naito et al., "Multi-bunch beam with thermionic
gun for ATF", Proceedings of the 1994 International
Linac Conference,Tsukuba,August 21-26,1994