Proceedings of the 22nd Linear Accelerator Meeting in Japan

pa-26

CLEAR UP CAUSES OF BEAM ENERGY(E，AE) DRIFT USING
THE REGRESSION ANALYSIS FOR SPring-8 LINAC
H.Akimoto, H.Sakaki, H.Yoshikawa, T.Hori, T.Asaka，A.Kuba and H.Yokomizo
Japan Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI)
SPring-8, Kamigori-cho, Ako-gun, Hyogo-ken, 678-12, JAPANABSTRACT
The SPring-8 Linac has been RF aging and beam commissioning, and the linac has been the electron beamincidence to Synchrotron. It is important that the Synchrotron is supplied with the stable beamfromthe Linac. In
this paper, we describe thebeamenergyfluctuationby the regression analysis.

SPring-8 線型加速器の回帰分析法を使用したビームエネルギー（E 、 AE ) 変動原因の特定手法
Television System Committee) 規格の映像信号を画像

1 . はじめに大型放射光施設 S Pr

i ng —8線 型 加 速 器 は R F エ

一 ジング 、 ビーム加速試験を経て、電子ビームをシンク処理プログラムでデジタル表示し、 ビーム位置と形状の数値データを収集する。

ロトロンに入射している。 電子ビームの条件は繰り返し

1Hz、パ ル ス 幅 1/z s 、電子銃出口でのビーム電流 3 9inA、 1GeV偏向電磁石通過後でのビーム電流 15 mAであ-る。 シンクロトロンから要求されるスペックである
lGeV±1%のビームエネルギーを満足するために、各レ
SCM -B

約140m
ST 1-L S

BM 1-L S

種加速器コンポーネントを調整するが、様々な要因によりビームのエネルギー（E、 A E ) が、時間の経過に伴いSynchrotron

変 動 し 、 シンクロトロンへの入射効率が低下する。 そこ

図 1 : 線型加速器実験装置概略図

で入射効率を安定に維持するために、要因を可能な限り分 析 し 、その結果を反映した対策を講じなければならない。

2. 2 画像処理

複雑に絡み合う要因を分析する手法として多変量解析

回帰分析を行うためには、CRTに映し出される電子ビ法 が知られているが、今 回 は ビ ー ム の エ ネ ル ギ ー 変動要ー ム の NTSC規格の映像信号を、デジタル信号に変換す因を特定するために、最も一般的に使われている回帰分る必要があり、以下に示す手順でそれを達成している。

析を用いた。 本 稿 で は 、回帰分析を行うための、具体的な実験内容、解析結果について報告する。

電 子

ビームに同期した プ ロ ファイル モ ニ タ の 映像信号を取り込むために、NTSC規格の映像信号をデジタル変換 す る VME-bus用 カ メ ラ I/Fボ ー ド （ア ド バ ン テ

2 . 測定系の概要

ス，
Advme2210)を使用した。 こ の ボードは 、T T L レ べ

2 . 1 ハ 一 ド構成

ルの外部トリガー信号が入力された後、設定した遅延時

実 験に使 用する装置の 概略を図 1 に示す。各実験ごと間を経てデジタル化が開始されるよう特別に製作した。に WS (hp workstation)か ら 各 機 器 （プロファイルモ

画像データのデジタル変換後、VME 計 算 機 内 で JPEG

ニタ、補 正 電 磁 石 、電子銃電源） の制御画面を経由し、た SCM-B (壁電 流 モ ニ タ ー ） から得られるビーム電流(Joint Photographic Expert Group)圧縮し、線型加速器の制御プロトコルに沿った形式で WSへ転送される。
WS上では、JPEG圧縮されたデータを解凍し CRTに画波形はデジタルオシロスコープ（テクロトニクス，TDS310) に入像データを表示する。 同時に、画像データの輝度情報か力 さ れ GPIB経 由 で 計 算 機 に 取 り 込 ま れ る 。 さらに、ら計算されるプロファイルモニタ上でのビーム位置及び、

PM2-LS(Profile Monitor)、PM3-LS

ビーム形状データをファイルに記録する。

パラメータの設定と制御を行う。 電子銃直後に設置されのNTSC (National3.

実験概要使用して相関をあらわしている。 図 2-Dは ST1-LSの X

エネルギー変動の要因として、主に方向電流値を変化させた時の PM3-LSの X方向位置変化①ビームに対するバンチャーの位相変動について二次近似曲線を使用して相関をあらわしている。

②電子銃から出力されるビーム電流値変動が考えられる。
以下に、 これらの要因を検討する必要性を述べる。

4 i——：：
——

^—

3ryr

—

:—

r~:-------iiM'....

E 乙•R F 系の位相について
SPring-8線 型 加 速 器 の RF 系は、2856MHzで励振され 、プ リ バ ン チ ャ ー 2 台 、バ ン チ ャ ー 1 台、加 速 管 2 6

E 1_ 0厄 一1枳 -2本で構成されている。 特にバンチャーの位相変動はバン

y=Q2001x-Q224

X

Ff=Q9995-3

チング効率に直接影響を及ぼすため、エネルギー変動に大きく影響する。

-2-15-10-550101520

S T 1-L S^fgA )• 電子銃から出力されるビーム電流について
現在、陽電子を発生させるための大電流用力ソード(EIMAC製 ，Y796型 ） が使用されている。 しかし、 コ ，
ミッショニング時のストレージリングからの入射要請に1005>®2より、電子銃から出力されるビーム電流を、熱的な飽和M-3忏 H(40mA)の エ ミッシ ョン電流を 得ている。 これによる1000l

領 域 以 外 の 動 作 点 で ヒ ー タ 電 圧 を 設 定 し 、低電流

995990放出電流の変動に より、 ビームローディング電圧及び位985

相シフトがエネルギーの変動要因どなる。
実 験 を 行 う に あ た り IGeV偏向電磁石に対するビームA

電子銃電流値(mA)
図2-B:エネルヰ''-と電子銃電流値相関図の入射角度変動がビーム位置及び、拡がりの要因となる。
これがエネルギー変動として、 どの程度影響を及ぼすのか、合わせて評価した。
実験の具体的内容は、パンチャー以外の様々なパラメ
一夕は現状に固定したままで、バ ン チ ャ ー の 位 相 を 320
度 、 313度 、306度 、299度 と 4 点 設 定 し て PM2-LS、

PM3-LSの ビ ー ム プ ロ フ ァ イ ル を 約 80点測定する。 同様 に 、電子銃からのビーム電流値を 45mA、62mA、79mA、95mA と 4 点設定、BM1-LS (Bending Magnet) に対す
る X 方 向 の 入 射 位 置 を ST1-LSの電流値を -15A、-7_5A、0A、7.5A、 15A と 5 点設定して PM2-LS、PM3-LS のビームプロファイルを各々約 80点測定する。
4.

1005
91000

子995

h990985

ST1- しSX電流値（A). 図2-C:エネルヰ■'一とST1_LSX電J荒f直相関図

実験結果

1010

数値の相関分布図の例を図 2 に示す。図 2-A は ST1-LSの X 方向電流値を変化 させた時の PM2-LSの X 方向位置変化についての相関をあらわしている。 当然の事ながら、相 関 係 数 は 0.9995と強い相関がある。 図 2-Bはバンチャーの位相を変化させた時の PM3-LSの X方向位置変化について二次近似曲線を使用して相関をあらわしている。 図 2-Cは電子銃出口のビーム電流値を変化させた
時 の PM3-LSの X方向位置変化について二次近似曲線を

厂

1005-

yニ-0.0269X‘ + 17.108x - 1724.4"R2 = 0.899^ 1000 -Y 995分

^ 990 -985980—
295305310

B uncher315

位相( 度）-D:エネルキーとBuncheriS相相^ ®

X

係数名
係数値
標準誤差-128.665

Cs
109.4
61

Cb-3336

2因 子 相 互 作 用

主 効 果 (二 次 ）主 効 果 (一 次 ）Cc2-6.77.5

c s2-2.1
1.1

Gb2
18.4
3.1Cos-79.4
21.3

CCb
400.8
203c sb-519.6
179.7

表 1 :X方 向 の ビ ー ム 中 心 位 置 (PM3-LS)、エ ネ ル ギ ー 変 動

係数名係数値
標準誤差cc-257.2
48

Cs-44.8
45cb
542.6
27

2 因子 相 互 作 用

主 効 果 (二 次 ）主 効 果 (一 次 ）c c2-18
5.6

Cs2-0.2
0.87〇b211.4
2.36

Ccs-0.7
15.9

c cb
817.8
151.1

c sb
131.6
133.8

表 2 : 水 平 方 向 の ビ 一 ム 幅 ( PM3-LS)、ェ ネ ル ギ 一 分 散

順で影響が大きいことが判る。 次に、2 因子相互作用に

5.

多重回帰分析

おいては、電子銃ビーム電流+ バンチャー位相のみが大実 験 に よ り 得 ら れ た 測 定 値 に 対 し て 5%以内の誤差分きく影響している。 したがって、エネルギ一分散を最小布での評価を行 うために、二次近似曲線でフィッティンにするためには、 こ の 2つ パ ラ メ ー タ を 平行して調整すグした。バンチャー位相、ST1-LS X 方向の電流値、電るオペレーシヨンが重要である。

子銃出口でのビーム電流値は、各因子がそれぞれ同じ水準 になるように、それぞれのデータの最大値を +1 、最6 . まとめ

小 値 を 一 1 とコード化したものを用いた。 このデータか回帰分析を使用すれば、 ビ ー ム エ ネ ル ギ ー （E、 AE)ら用い た 3つ の 因子とビームのプロファイルのデータをの変動抑制に一番有効な個所を特定することが可能であ特性値の関係式で表す二次多項式モデルを作り分析を行ることが判った。今 後 は、回帰分析を応用して推測され5oたデータからさらに細かい要因を掘り下げていけるようモデル式の各係数の名称は、電 子 銃 ビ ー ム 電 流 ：c 。、な手法を考える必要がある。

補 正 電 磁 石 電 流 ：cs、バ ン チ ャ ー 位 相 ：cb、電子銃ビー
ム 電 流 の 二 乗 項 ：Ce2、補 正 電 磁 石 電 流 の 二 乗 項 ：0。
2、

7 . 謝辞バ ン チ ャ ー 位 相 の 二 乗 項 ：cb2、電子銃ビーム電流+ 補正

測定データを収集する際にはスプリングエイトサービ

電 磁 石 電 流 ：Ces、電子銃ビーム電流 +バ ン チ ャ ー 位 相 ：ス （株 ） の方々にご協力いただきました。 ここに感謝のCcb、補正電磁石電流 +バ ン チ ャ ー 位 相 ：csbとする。

意を表します。

推定されたモデル式は、推定値の標準誤差を併記して、
表 1、表 2のようになり、 この係数から回帰分析が可能

参考文献となる。 一般的に回帰分析として行う推測は、モデル式[1] 田ロ玄一、“実 験 計 画 法 （上） （下)”の係数値と標準誤差値を比較し、分析を行う方法が用いられる。 このとき、推定値の標準誤差から係数自身の誤差 を求め、その誤差から推測結果に信頼性をもたせる。
表 1 の PM3-LS X 方向のビ ^一ム中心位置（エネルギ'一変動） では 、電 子 銃 ビ ー ム 電 流 値 の 二 次 項 の 絶 対 値 は 6.7である。 こ れ は 標 準 誤 差 値 7.5以下であるので、帰無仮説 は廃却さ れず、電子銃ビーム電流値の二次項は積極的に支持されないことが判る。 同様に推測を続ければ、明らかに補正電磁石+ バンチャー位相の相互作用が大きく支持されることが判明する。以上の推測方法により、エネルギー変動を引き起こす因子として主効果の一次項と二次項の数値を •考慮すれば、バンチャー位相の変動要因が最も支配的である結果が得られた。表 2 の水平方向のビーム形状（エネルギー分散） も同様の推測を行えば一次項の評価では、バンチャー位相、電子銃ビーム電流の