入射器の現状

2018/1/3１
榎本 嘉範

1SKEKBへ向けた入射器のupgrade
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新陽電子源(第111回 2017/2/1 紙谷氏)
 High efficiency positron production and capture
RF 電子銃 (第112回 2017/7/11 吉田氏)
 Low emittance high bunch charge electron beam
パルスマグネット （第113回 2018/1/31 榎本） 50 Hz shot by shot selection of beam destination
DR and LTR/RTL
 導波管のトラブル対処

そのほかにも多数のupgrade2

パルスマグネット導入の目的
HER, LER, PF, PF-AR
4リング同時（パルスごとの切り替え）入射3パルスマグネット置き換え箇所
3-5 sector Q, steering
52台
1,2 sector steering
10台
Positron target直前Q
2台

Beam energy

HER (7 GeV)
PF-AR (6.5 GeV)LER (4 GeV)*破線は陽電子
PF (2.5 GeV)
A

B

C

1

2

3

45sector
4

設置工事について 1◼

2017年夏に大工事を行った
 入れ替えは64台
 工事期間は5-10月の99日間
 マグネット、電源、配線、冷却水、制御システム、ソフトのすべてを新しくする Pulsed magnet以外の工事も多数あり

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2017/3/31 峠氏撮影

設置工事について 2

6

設置工事について 3
パルスマグネット電源筐体標準構成（1 set = 8 ch）[PF, PX, PY, PD] x2 →0.5 sector分をカバー
パルス電源＋インターロック
Q2台、ST2台分

パルス電源＋インターロック
Q2台、ST2台分

制御系

工事は順調に進み6月までに架台、マグネットの入れ替え
8月までに電源、配線工事を行った9月は1か月間の総合運転テストにあてることができた
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Q電源の特徴◼

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エネルギー回収により高効率
トータルエネルギー回収率
68.5％ (実測)
IGBTのアナログフィードバック制御により、高精度、高安定
24時間の安定性0.01％
Event systemに対応した柔軟な制御

50 Hzで 1 shotごとに全ての電源に対して独立に任意の出力を設
定可能

8消費電力の計算と測定

2500

1000

500

76

ケーブルの発熱1500

マグネットの発熱

電力 (W)

2000

302.6

インダクタンスに蓄えられるエネルギー

2250

2628.6

実際の消費エネルギー（測定値）

3000

エネルギー回収しなかった場合に消費されるエネルギー

Q (50 Hz, 300 A) x 1

827

0
Pjoule-mag

Pjoule-cable

PLPtotal

Pmeasured.

エネルギー回収率 = 1 - Pmeasured / Ptotal = 68.5 %
9消費電力まとめ◼

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1unit当たりの消費電力は 6 kW (電力計による測定値)
 Q 299 A x 4台 + ST 8 A x 4台 (50Hz)
3-5 sectorで6.5unit
6 kW x 6.5unit = 39 kW
１か月だと 39 kW x 24 hour x 30day = 28 MWh 50 Hz最大電流運転を仮定
パルスマグネットの消費電力は入射器全体の1%程度
実際（実運転電流では）にはこれの半分以下の値になると思われる



入射器の月別電力消費量(2017)
月電力(MWh)8536.791455.7

102778.5112301.4

122115.610

Q電源の特徴
エネルギー回収により高効率
 トータルエネルギー回収率 68.5％◼ IGBTのアナログフィードバック制御により、高安定
 24時間の安定性0.01％◼ Event systemに対応した柔軟な制御◼



50 Hzで 1 shotごとに全ての電源にたいして独立に任意の出力を設定可能

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Q電源の安定度(PF_52_4)
25mA/div

0.014578/165.946=0.0107% / 24時間@ARE 165.946 A
12Q電源の特徴
エネルギー回収により高効率
 トータルエネルギー回収率 68.5％◼ IGBTのアナログフィードバック制御により、高安定
 24時間の安定性0.01％◼ Event systemに対応した柔軟な制御◼



50 Hzで 1 shotごとに全ての電源にたいして独立に任意の出力を設定可能

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4 ring同時入射パラメータの確立

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まとめ◼

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高効率、高安定、高柔軟性、低価格電源の独自開発、量産および同時運用に成功
2017年5-10月のシャットダウン期間において、64カ所のマグネットをパルスマグネットで置きかえる工事を行った◼

◼

限られた時間の中で、工期に遅れが生じることなく工事を完了し、十分なテスト時間を確保できた

2017年10月の運転開始以来、今のところトラブルはほぼ無く、安定して性能を発揮している
2017年10-12月の運転で4リング同時入射パラメータの確立に成功し、4リング同時トップアップ運転が可能になっている

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今後の予定RF electron gun / thermal electron gunのパルスごとの切り替えへ向けて、合流部ベンドマ
グネットのパルス化◼ Offset injectionによる低エミッタンス化のためのパルスステアリングの追加◼ 旧パルスステアリング電源の置き換え◼

2018年夏には40カ所弱の置き換えを予定している。
→制御系、ソフト等は本年確立したシステムを使うため、リスクは低い

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合流部のパルス化
24度ライン合流部Bend
2台
熱電子銃
PF-AR
LER(陽電子生成用電子）
PFHER

RF電子銃

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LTR/RTL導波管◼

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LTR/RTLには入射器担当の加速管が2台/１台設置されている
電源、クライストロン、導波管も入射器担当

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LTR/RTL導波管

RTL

LTR
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導波管フランジの構造
メタルシール（真空封止用）
RFコンタクタ（電気的接触用）

断面を強調して書くと正誤20

問題発覚とリカバリー作業◼

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2017/9 ハイパワー投入前のRF反射特性の測定により、搬送路の途中から大きな反射が見つかった
 調査の結果導波管フランジの加工ミスが発覚した
2017/10
 不具合のある導波管をテストスタンドでテスト◼ ギャップ放電のため使用予定電力の1/10程度までしか、電力を投入できないことが判明した予備があるものは置き換え
在庫がないものは急遽新造することとし、問題がある導波管（29本）はすべて置き換えることを決断
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問題発覚とリカバリー作業
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2017/10上旬

不具合のある導波管を取り外し、トンネルから搬出～2017/11

入れ替え用導波管の準備◼ 新造品の製作、交換作業のための準備
2017/11下旬～2017/12

運転の合間を縫って、複数回に分けての組み込み作業
2017/12/17, 24

試験運転を実施し問題がないことを確認
2018/1
DR工事の合間を縫ってエージング作業を継続
エージングは順調に進み、現時点では定格電力での運転が可能となっている。
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まとめ
LTR/RTLの導波管（入射器担当）に不具合が発覚した。
◼ DR立ち上げ前の限られた期間で、PF、PFARへの運転をしながらという制約の中、問題のある導波管を全数交換し根本的解決を行った。
◼ 現時点では定格電力の運転が可能となっており、DR立ち上げへの影響を避けることができた。
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