New	  Transport	  Line	  for	  PF-­‐AR	
Hiroyuki	  TAKAKI	  The	  University	  of	  Tokyo	  1	Outline	•	  IntroducCon	  	  -­‐Photon	  Factory	  Advanced	  Ring	  (PF-­‐AR)	  	  -­‐Beam	  injecCon	  for	  PF-­‐AR	  	  -­‐Requirement	  of	  Fast	  Switching	  InjecCon	  •	  New	  transport	  line	  	  -­‐	  New	  tunnel	  	  -­‐	  OpCcs	  	  -­‐	  ConstrucCon	  schedule	  	  2	Future	  Light	  Source	  Present	  beam	  tran
sport	  l

LINAC
ine	

PF-AR(6.5GeV e-)
PF ring (2.5GeV e-)

Two	  Light	  Sources	  in	  KEK	  	  3	PF-­‐AR	
E=6.5	  GeV	  (InjecCon	  Energy:	  3GeV)	  C=377	  m	  εx=290	  nmrad	  I=	  60-­‐40	  mA	  Always	  operaCng	  with	  single-­‐bunch	  mode	  for	  the	  pulsed	  x-­‐ray	  experiment	  4	PF-­‐AR	  ・OperaCon	  starts	  in	  1983	  (AccumulaCon	  Ring	  (AR)	  for	  TRISTAN)	  TRISTAN

LINAC

AR (e-/e+)Accumula8on	  Ring	  (AR)	  for	  TRINSTAN	  5	PF-­‐AR	  KEKB(8GeVe-,3.0GeVe+)

Present	  beam	  tran
sport	  l・OperaCon	  starts	  in	  1983	  (AccumulaCon	  Ring	  (AR)	  for	  TRISTAN)	  ・Dedicated	  SR	  in	  1998	  LINACine	

PF-AR(3.0 -> 6.5GeV e-)

Sharing	  electron	  transport	  line	  with	  KEKB	  	  6	PF-­‐AR	  ・OperaCon	  starts	  in	  1983	  (AccumulaCon	  Ring	  (AR)	  for	  TRISTAN)	  ・Dedicated	  SR	  in	  1998	  SuperKEKB(8GeVe-,4.0GeVe+)

Present	  beam	  tran
sport	  l

LINAC
ine	

New	  beam	  transport	  line	  for	  PF-­‐AR	

PF-AR(6.5GeV e-)

New	  transport	  line	  for	  PF-­‐AR	  7	Fast	  switching	  of	  injecCon	  beam	  	  from	  LINAC	  (so	  far)	
InjecCon	  beam	  bunch(es)	  from	  LINAC	
HER,	  LER	  (KEKB)	  PF	t	
20msec	  (50Hz)	
switching	  every	  20msec	  as	  planed:	  8GeV	  electron	  for	  HER	  (KEKB	  High	  Energy	  Ring)	  3GeV	  positron	  for	  LER	  (KEKB	  Low	  Energy	  Ring)	  2.5GeV	  electron	  for	  PF	  (Photon	  Factory)	  PF-­‐AR	  uses	  LINAC	  exclusively	  in	  beam	  injecCon.	  
KEKB	  transport	  line	  (sharing	  area)	  is	  opCmized	  for	  3GeV	  electron	  	  during	  PF-­‐AR	  injecCon.	  
It	  takes	  ~15min,	  twice	  a	  day.	
8	

SuperKEKB	  requires	  Fast	  Switching	  InjecCon	  for	  PF-­‐AR	• SuperKEKB	  is	  a	  high	  luminosity	  	  e+/e-­‐	  collider	  	  for	  high	  energy	  physics	  .	  	  • SuperKEKB	  needs	  conCnuous	  injecCon	  to	  compensate	  very	  short	  beam	  lifeCme	  (~10	  min).	  
• PF-­‐AR	  can	  not	  use	  LINAC	  exclusively	  for	  15	  min.	  
• Fast	  switching	  is	  required	  for	  PF-­‐AR	  beam	  injecCon.	  
• In	  addiCon,	  top-­‐up	  operaCon	  is	  strongly	  required	  for	  much	  higher	  stability	  in	  PF-­‐AR	  experiment.	

New	  transport	  line	  for	  PF-­‐AR	
9	Outline	•	  IntroducCon	  	  -­‐Photon	  Factory	  Advanced	  Ring	  (PF-­‐AR)	  	  -­‐Beam	  injecCon	  for	  PF-­‐AR	  	  -­‐Requirement	  of	  fast	  switching	  injecCon	  •	  New	  transport	  line	  	  -­‐	  New	  tunnel	  	  -­‐	  OpCcs	  	  -­‐	  construcCon	  schedule	  	  10	New	  beam	  transport	  for	  PF-­‐AR	
重クォーク	

Present beam transport 	

PF-­‐AR	  3GeV	  e-­‐	SKEKB	  7GeV	  e-­‐,	  4GeV	  e+PF-AR	

Matching	

Linac 	

New beam transport 	

New	  tunnel	  (~200m)	

Switch	  yard	  #3	11	

Switch	  yard	  #3	  (present)	

HER	pulsed	  bend	  for	  PF	LER	PF	12	

Switch	  yard	  #3	  (upgrade)	Pulsed	  Bend	  at	  5-­‐5	  SecCon	

HER	
LER	

PF-­‐AR	PF	

13	

Switch	  yard	  #3	  (upgrade)	
Pulsed	  Bend	  at	  5-­‐5	  SecCon	

HER	
LER	

SeparaCon	  of	  PF	  and	  PF-­‐AR	PF-­‐AR	PF	

14	

Switch	  yard	  #3	  (upgrade)	
Pulsed	  Bend	  at	  5-­‐5	  SecCon	
SuperKEKB	  6.5kW	  Beam	  dump	

HER	
LER	

SeparaCon	  of	  PF	  and	  PF-­‐AR	
PF-­‐AR	
PF	

15	

New	  tunnel	

new	  tunnel	

cross	  secConal	  view	

16	New	  tunnel	

new	  tunnel	

cross	  secConal	  view	

17	New	  tunnel	

new	  tunnel	

cross	  secConal	  view	

18	

Side	  view	  crossing	  KEKB	  tunnel	
new	  transport	  line	

ground	TP=+26.04	

TP=+23.80	

KEKB	  tunnel	

spacing	  between	  two	  tunnels	  (~7m)	  (thickness	  of	  ceiling	  and	  ﬂoor	  is	  0.6	  m	  each)	  	TP:	  World	  GeodeCc	  System	19	

Cross	  secCon	  of	  the	  new	  機械棟案	
tunnel	

2.5m	

3.0m	

20	

normalized	  emiiance	  	  	  =	  100×10-­‐6	  m	  rad	  dE/E	  =	  0.1%	

OpCcs	
betatron	  funcCon	

√βx	
√βy	

dispersion	  funcCon	ηx	
beam	  size	

σx	σy	21	Beam	  loss	  at	  the	  new	  transport	  line	• 6.5GeV	  – InjecCon	  Beam	  	  • 0.2nC/bunch	  • 25Hz	  	  • 6.5GeV 	  • 32.5W	  – Emiiance	  • RF	  Gun	  100×10-­‐6	  m	  rad	  – energy	  deviaCon	  • 0.1%	  – Beam	  pipe	  radius	  at	  Quadrupole	  magnet	  	  • 25mm	  Beam	  loss	  raCo	  =	  2.2×10-­‐16	  	  (with	  normal	  distribuCon)	  (1	  is	  all	  loss)	

22	

Upgrade	  schedule	  plan	  of	  new	  transport	  line	  for	  PF-­‐AR	
FY2012	Tunnel	  &	  building	

FY2013	

design	Infrastructures	  (cooling	  water,	  etc)	
Machine	  components	  (magnets,	  etc)	  PF-­‐AR	  OperaCons	  	FY2014	

FY2015	

FY2016	

construcCon	design	  	producCon	 	  installaCon	
from	  July	  to	  Dec.	

design	  	producCon	  	installaCon	

operaCon	  stop	  for	  installaCon	  	  23	Summary	• Upgrade	  plan	  of	  new	  transport	  line	  was	  started	  and	  will	  be	  completed	  by	  FY2015.	  	  • Beam	  injecCon	  to	  PF-­‐AR	  will	  not	  disturb	  SuperKEKB	  operaCon	  any	  more.	  The	  new	  transport	  line	  will	  contribute	  to	  high	  luminosity	  operaCon	  of	  SuperKEKB.	  
• Top-­‐up	  operaCon	  with	  full	  energy	  injecCon	  of	  6.5	  GeV	  will	  be	  realized	  at	  PF-­‐AR.	  	

24	

Crossing	  SuperKEKB	  transport	  line	PF-­‐AR	  (ﬂoor+2.4m)	
LER(ﬂoor+0.9m)	
HER(ﬂoor+1.8m)	

25