加速器調整履歴の蓄積
早川建1,A)、横山和枝 A)、田中俊成 A) 、早川恭史 A) 、佐藤境武志B)

A)

、菅野浩一

B)

石渡謙一郎

B)

勇 A) 、、

日本大学量子科学研究所〒274-8501 船橋市習志野台 7−24−1
B)

日本大学理工学部理工学研究科〒274-8501 船橋市習志野台 7−24−1

概要
日大 LEBRA の電子線形加速器はビームを維持するために、オペレーターが付いて調整していなければならない。オペレーターの負荷を軽減するために，半自動もしくは自動運転ができることが望まれる。
加速器運転中はビーム維持のために，オペレーターはマイクロ波の位相とステアリングコイルを含む収束系の調整を行なっている。この調整操作を記録し，その記録を解析することによって，加速器の挙動と運転制御の手法を評価する。この結果とビーム変動要因の解析に基づいて自動運転のシステムを構築する予定である。

１．はじめに
現在加速器の運転操作は、タイミングの調整､クライストロンパルス電圧の昇降､電子銃の操作を除いて、全てパソコンを通して行なっている[1]。従って､オペレーターの行った調整行為を記録するのは比較的容易である。第 2 章で､制御システムのハードウエアーの概要を､第 3 章でデーター集積を含むソフトウエアーを簡単に説明する。第 4 章で､蓄積されたデーターの例を紹介する。

２．制御システム

Celeron プロセッサーを搭載しており、この用途には十分な性能を持っていると思われる。各機器の配置を図１に､パソコンと各種機器との接続形態を図２に示す。制御用パソコンからは 3 系統のインターフェイスを通して機器との間で信号のやり取りを行なっている。一系統はシリアルインターフェイス（RS232C）を介して OMRON 社製のシーケンサー3台に接続されている。クライストロンのパルス変調器から発生するノイズの影響を避けるため､信号を光に変換して伝送している。シーケンサーの内、2台はパルス変調器の制御に使われ､１台が収束系の電源制御その他に使われている。
シリアルインターフェイスのもう一つのポートは、もう 1 台のパソコンに接続されている。このパソコンは GP-IB バスを介して､運動量分析系の９０度偏向電磁石及び、四極電磁石の電源に接続されている。
このパソコンはサーバーとして動作しており､制御用パソコンで動く制御プログラムからの指令により､電流値の設定及び､読み込みを行なう。このような方式にした理由は GP-IB バスのアクセス時に発生するオーバーヘッドを軽減するためである。また、バスの延長とパルスモジュレーターのノイズの影響を避けるため､光延長ケーブルを採用している。
移相器及び減衰器は制御用パソコンの PCI バスに接続された汎用の 16bit 入出力ボードを介して制御している。

制御用に使っているパソコンはクロック 1GHz のSignal generator
RF amp.
FC
Klystron
Undulator

Attenuator
Phase shifter

Coil

Steering coil

Q triplet

Magnetic lens

Prebuncher

Buncher

4m Acc Tube

4m Acc Tube

4m Acc Tube

図１．マイクロ波伝送系及びコイル、電磁石の配置図。
1E-mail: hayakawa@lebra.nihon-u.ac.jp

Analyzerンターフェイスを介して､モーターの駆動量を読み取っている。高速φA は、位相と振幅の補償を行なうためのフィードバックループの構成要素であり､調整には使わない。

２.１ 収束系

収束系の制御は 1 台のシーケンサーが受け持っており､12 組の xy ステアリングコイル､3 組のアンジュ
レーター内ステアリングコイル、5 組の Q トリプレット、3 台のマグネティックレンズ、3 台のソレノイ
３．制御プログラム
ドコイル及び､数台の補助的コイルの電源が含まれ制御プログラムは Windows2000 の元で動くプログる。ここに繋がれている電源は全て制御電圧に比例ラムとして､簡便性と、メインテナンスしやすさからした電流を出力する方式で制御されている。シーケ
Visual Basic で記述した。マイクロ波系と、その他のンサーは電源の数に対応するチャンネル数の DA コ
系統は別のプログラムとして製作したが､別プログンバーターを持ち､制御用パソコンからのデーターに基づいて制御電圧を発生し､電源に印加している。 ラムにする意味は特に無く､単に開発の都合によるものであり､いずれ統合する予定である。
また､ステアリングコイルなど、極性の切換えが必要
移相器･減衰器の制御プログラムは指定された機なものは､出力部にリレーが取り付けられており、こ器の選択とON/OFF 操作､デジタル電圧計の読み取りれもシーケンサーからの信号によって切換えられる。
をするだけである。ディスプレイに表示されたフォーム上には機器を選択し､ON 操作をするためのコマ
２.２ 移相器､減衰器
ンドボタンと電圧計から読み取った値を表示するた
移相器､減衰器は新旧取り混ぜ、様々な形式のもめのテキストボックスが配置され､位相は角度（相対のが使われている。RF アンプの入力段に使われてい値）に変換して表示し､減衰量は対応するポテンショ
る高速φA を除いては、全て可動部を持ち､それらをメーターから読み取った電圧の値をそのまま表示しモーターで動かすことにより位相及び減衰量を調節ている。入出力ボードへのアクセスは、ボードに付している。モーターにステッピングモーターが使わ属のコントロールを使って行なった。調整履歴は､１れている機器と、AC モーターが使われている機器と分毎及びどれかのコマンドボタンが押されるたびにがあり､AC モーターの場合は､リレーを使って直接ハードディスク上のファイルに記録している。
接点を開閉し、ステッピングモーターの場合は、以収束系を操作するプログラムは加速器全体の制御
前マイクロトロンの制御用に使っていたステッピンと、監視を行なっているプログラムの一部である。
グモーターコントローラーを流用している。移相量
シリアルインターフェイスを介して､シーケンサー及び減衰量はモーターの移動量をポテンショメータのモジュールを操作することにより制御を実現してーで読み取る方式になっている。このコントローラいる。マン・マシンインターフェイスは２台のディーはデジタルの電圧計が組み込まれており､同じイスプレイとマウス及びキーボードである。ほとんど
Sequencer

Klystron pulse modulator #1

Sequencer

Klystron pulse modulator #2
Devices

Opt. link

Power sup.

Magnet/CoilPower sup.

Magnet/CoilPower sup.

Analyzer Magnets

Opt. link
Sequencer
GP-IB
PC

GP-IB
Opt. link

RS232CPC

Universal I/Oboard

Stepping motor
controller
Digital volt meter

Relay module

Phase shifter/
Attenuator

Phase shifter/
Attenuator

図２．制御系接続図。三系統のインターフェイスが使われている。シリアルインターフェイスの２系統は電磁石とパルスモジュレータｰの制御に使われ､汎用入出力ボードを介して､移相器と減衰器を制御している。

ムの状態は絶えず変化している。オペレーターはこの操作はマウスによって行なう。対象が多いので､操のビームの変動を抑制するように調整を行なってい作性を高めるため、ディスプレイ上に加速器の概略図を描き、各電磁石･コイルの置かれている位置に、 るのである。
一例として図３から５に５月３１日における移相対応する処理を呼び出すコマンドボタンを配置した。
器と減衰器の調整記録を示す。この日は午前１０時
操作履歴の記録は、シーケンサーへのアクセスを全頃クライストロンパルスモジュレーターの LV を入て記録することにより実現した。制御プログラムは､れ､１０時半頃 HV を投入している。ビーム加速を行立ち上がった直後に、シーケンサーに設定されていなったのは１２時からで､ビーム調整後、１２時４０るデーターを全て吸い上げるので､この方式で､デー分から午後２時２０分頃まで中断し、その後９時頃ターを取り落とすことはない。
まで連続的にビーム加速及び FEL の実験を行なっている。図３は全移相器の位相調整の記録で､１２時頃４．調４．調 整 履 歴のビーム立上げ時と、１４時２０分頃の再開時に比概要で述べたように､本研究の当面の目的は電子較的大きく位相を動かしているのがわかる。図４は線形加速器のビーム維持の自動化である。現在は保バンチャーの位相と減衰量を調整した記録で､最初存されている収束系と移相器･減衰器などの値を使の調整時に、減衰量の調整も試みていることが読みえば、再現性良くビームを出すことができる。只エ取れる。また、約２時間半の周期で､バンチャーの位ネルギーを合わせるための微調整は必要である。加相が動かされている。これは FEL の発振を維持させ速器は電源投入後、クライストロン、導波管､加速管るための操作だと思われるが､この周期は加速器室などの温度が上昇する。おおむね２時間程度で定常の室温の変動周期にほぼ一致しているので､何か関状態に達するが[2]、定常状態に達した後も、±１℃程連がありそうである。図５はクライストロン２号機
度変動する室温と、±０．２℃程度変動する加速管と加速管#3 の位相である。図１からわかるように、冷却水および商用電源変動の影響によって､ビームクライストロン２号機の位相は加速管#2 の位相と同の状態が変化する。マイクロ波の位相は、高速φAじで､加速管#3 の位相はこれに相対的な位相である。
を利用した位相補償回路によって、クライストロン
この２本の加速管の位相を調整することによって､の出口では、±０．３度程度に安定化されている。
エネルギーとスペクトルの両方を調整することか出
しかし、これは立体回路および加速管の変動を補償来るので、最も頻繁に操作する位相である。この日するものではない。これらの変動によって､電子ビーも１４時２０分以降実験が終了するまで継続的に操作が行なわれている。
600
自動運転を実現するためには勿論ビームの状態を500
Kly #2
データーとして取り込めるようにすることが不可欠
Pre-buncher
400である。この部分は準備中である。これらの記録を300蓄積し､環境因子と合わせて解析することにより､加速器の挙動が明らかになり､変動の予測ができるよ200
Buncher
うになると期待される。それによって、自動運転を100実現する予定である。
0Acc #3-100

参考文献

Acc #1
-200
10:00

12:00

14:00

16:00

18:00

20:00

22:00

図３．全移相器の調整記録横軸は時刻､縦軸は相対位相（度）。

160700150690140

Buncher phase (left scale)670

120660

110

650

100

640

80
10:0014:00

16:00

560-30

550

18:00

-40

540

Kly #2-50

530-60520

Acc #3-70

Buncher attenuation

12:00-2068013090[1] K.hayakawa, et al, "CONTROL SYSTEM OF FEL
LINAC AT NIHON UNIVERSITY" Proceedings of the 23rd
Linear Accelerator Meeting in Japan, Tsukuba, Sep. 16-18, 1998
[2] K.Yokoyama et al, these Proceedings.

510

630

20:00

620
22:00

図４．バンチャーの位相（左目盛）と減衰量（右目盛、数字が大きいほど減衰量が大きい）。

-80
10:00

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500
22:00

図５．クライストロン２号機と加速管#3 の位相の推移。