Proceedings of the 1st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japanand the 29th Linear Accelerator Meeting in Japan (August 4 - 6, 2004, Funabashi Japan)

Tuning of the RF field of 2nd and 3rd DTL for the J-PARC
H.Tanaka

A),H.AsanoA)

B),F.NaitoA),T.Morishita

B),T.KatoA),E.Takasaki

A),T.ItoB)

High Energy Accelerator Research Organization (KEK)
1-1 Oho, Tsukuba, Ibaraki 305-0801
B)

Japan Atomic Energy Research Institute (JAERI)
2-4 Shirakatashirane, Tokai, Naka, Ibaraki, 319-1195
Abstract
We have adjusted the accelerating field of the second DTL tank for the Japan Proton Accelerator Research Complex(J-PARC). Furthermore we are now tuning the accelerating field of the third DTL tank also.
Three DTL tanks were made for J-PARC and the first tank is already being used for the beam acceleration. The second
DTL tank consists of 42 full drift tubes, 42 post-couplers and 10 fixed tuners. Third DTL tank consists of 26 full drifttubes, 26 post-couplers and 8 fixed tuners. Both tanks have two movable tuners, two input couplers and two half drifttubes. The resonant frequency of the tank is 324MHz. A uniform accelerating field has been achieved by the fineadjustment of the post couplers and the fixed tuners. The field stabilization by the post-couplers against perturbations
has been confirmed also. In order to achieve the stabilized-uniform distribution of the average field for each accelerating
gap, the following techniques have been applied for the post-coupler tuning: (1) non-uniform insertion length of the
post-couplers from the tank wall; (2) increment of the wall side diameter of the post-couplers. The recipe of the finepost-coupler tuning is described.

J-PARC用第2および第3DTLのローレベルRF測定と調整
約7.5mである。そして、26個のDTと2つのHDTがあり、27個の加速セルで構成されている。DTのビームボア
J‑PARCの入射器は、181MeVの線形加速器でイオン径は26mmである。
源、RFQ、DTL(アルバレ型リニアック)、SDTL(分離入力カプラーおよびチューナーの位置を図1に示型DTL)およびそれらのビームトランスポートからなす。DTL‑2は10本、DTL‑3は8本の固定チューナーがる。
付いている。そして、それぞれ2本の可動チューDTLは3台製作されており、それぞれはさらに3つナー、2つの入力カプラーがあり、DTごとにポストのユニットタンクから構成されている。このうち、カプラーが取り付けられている。固定および可動最も低エネルギー側のDTLである第1DTL(DTL‑1)はす
チューナーは90mmの直径で、ともに最大挿入量がでに低電力高周波測定[1]および大電力試験を終了
120mmである。固定チューナーは、DTLの共振周波数しており、高エネルギー加速器研究機構(KEK)にあを合わせ、かつ加速電場分布の調整に用いる。さらるビーム加速テストラインに設置され、加速試験にに、可動チューナーにより、大電力RFを投入した時用いられている。そして、今回、第2DTL(DTL‑2)のの共振周波数を調整する。そして、ポストカプラー
低電力高周波測定と加速電場分布の調整が行われた。 によって加速電場を安定化している。
さらに、現在、第3DTL(DTL‑3)の低電力高周波測定と加速電場の調整が行われている。J‑PARC入射器において、DTLの加速電場の一様性は安定したビーム加速のためには重要であるため、精密に調整が行われ た 。 な お 、 加 速 電 場 測 定 に は bead‑pullperturbation法[2]が用いられた。

１．はじめに２．DTL-2およびDTL-3の構造
J‑PARC用DTLは、タンク内径560mm、共振周波数324MHzのアルバレ型リニアックである。[3]DTL‑2は20MeV〜37MeVまでの加速を行うもので、全長は約9.5mである。そして、42個のフルサイズのド リ フ ト チ ュ ー ブ (DT) と 2 つ の ハ ー フ ド リ フ トチューブ(HDT)が内蔵されており、43個の加速セルで構成されている。DTのビームボア径は22mmである。
また、DTL‑3は37MeV〜50MeVまでの加速を行い、215

図1 カプラーおよびチューナー取り付け位置Proceedings of the 1st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japanand the 29th Linear Accelerator Meeting in Japan (August 4 - 6, 2004, Funabashi Japan)

入力カプラーが2つ取り付けられているのは、入力カプラーの負担を軽減するため、および位置を両端から全長の1/4の点としTM011 モードの励起を抑えるためである。
なお、J‑PARCリニアックの設計に関しては参考文
献[4]に詳しい。

力RFとQ電磁石励磁によるDTの変形の補正を入れたチューナーのみでの周波数目標値は323.650MHzであり、チューナーによる周波数変化量の測定(代表的なものを図3に示す)から、少なくともチューナーの平均挿入量が80mm以上になる事がわかった。また、ポストカプラーがない状態でチューナーによって平均加速電場の均一化を行うためには、チューナーに３．DTL‑2の調整最大で45mm程度の挿入量の差をつけなければならない事も判明した。以上により、場所によりチュー3.1 固定チューナー調整ナーの効果が不足する可能性が高い事がわかったた
め、DTL‑1でも採用されたように周波数補正用としまず、固定および可動チューナーの挿入量を調整てポストカプラーの根元の径を大きくした。(図4)
し、セルごとの平均加速電場の均一化と加速モード
しかし、DTL‑2ではDTL‑1のときよりも比較的調整前の共振周波数調整を行った。固定チューナーは低電力試験用可動チューナーに置き換え調整が行われた。 の加速電場分布の偏りは少なく、さらに周波数の不足量が多かったため、下流側だけではなくすべてのチューナーおよびポストカプラーを挿入していなポストカプラーの径を大きくした。
い状態で測定を行うと、図2のチューナー調整前の分布に示すように中央付近が弱く、下流側が強い平均電場分布が得られた。なお、図2の縦軸は平均値を1に規格化した平均加速電場強度である。この状態の温度補正済み共振周波数は323.105MHzであった。
ポストカプラーの挿入、空気の誘電率、および大電

図4ポストカプラーの形状(単位:mm)Ez

これにより、チューナーを挿入していない状態で323.277MHz と す る 事 が で き 、 図 5 の よ う に チ ュ ーナーを挿入する事で、目標値とほぼ一致する323.653MHzにおいて、図2のチューナー調整後のような平均電場分布を得る事が出来た。
[mm] 1009080706050403020100セル番号

図2 加速セルごとの平均加速電場(エラーバーは1σ)40F13025kHz

F2F3F4

図53520A1F5F6A2F7F8F9 F10チューナーの挿入量
F:固定チューナー
A:可動チューナー

3.2 ポストカプラー調整

151050050100mm

図3

チューナー挿入量と周波数変化量(第二固定チューナー)150

ポストカプラーの挿入量は、挿入による電場分布安定化の程度が最大になるように調整することが要求される。そのため、チューナーの挿入量を変化させて摂動を与え、それに対する安定化の程度を測定した。指標としては、摂動がない状態と摂動を加えた状態の規格化電場強度の加速セルごとの差についての標準偏差を用いた。摂動としては、ポストカプ

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Ez

さらに、タブの回転を行い、ポストカプラーをE
ラー挿入前の状態で、全幅で25%程度電場分布が傾の挿入量にして、チューナーの摂動がない状態で、くチューナーの挿入条件で上流側の電場が強い条件と下流側の電場が強い条件と2種類の条件を用いた。 各セルごとの細かい平均加速電場の調整を行った。
平均値を1に規格化した分布を図7に示す。σ=0.16%(周波数変化量としては25kHzに相当する)また、ポと非常によく均一化した平均加速電場を得た。
ストカプラーの挿入量を一律ではなく、セル長変化に伴い変化させる事で各ポストカプラーの固有の共振周波数をよりよく合わせる事ができ、その結果安定化の程度がよくなる事が期待される。そこで、ユニットタンクごとに挿入量を変化させた。ポストカ
プラー挿入量ごとの指標を、規格化電場強度を単位として、図6に示す。なお、図中のA〜Gは挿入量をユニットタンクごとに変えたもので、表1に示すような挿入量である。これにより、Eの条件が最良である事が分かった。
以上により、よく安定化された加速電場を作る事が出来た。
10.00%
8.00%
6.00%

セル番号

図74.00%加速セルごとの平均加速電場(エラーバーは1σ)

2.00%

４．DTL-3の調整

0.00%
0205

190

186

185

184

183

182

181 [mm]

2.00%
1.80%
1.60%
1.40%
1.20%
1.00%
0.80%
0.60%
0.40%
0.20%
0.00%

５．結論

A

B

C

D

E

F

G

図6 ポストカプラー挿入量と安定度
表1A
B
C
D
E
F
G

DTL‑3はまだ調整中であるが、ポストカプラーおよびチューナーを挿入していない状態での共振周波数が低く、ポストカプラーの根元の径を大きくする事が必要である事が分かった。現在どの程度の径の拡大が妥当であるかを検討中である。

ポストカプラーの挿入量パターン

ポストカプラー挿入量(mm)ユニットタンク ユニットタンク ユニットタンク
1 (1〜16)
2 (17〜29)
3 (30〜42)
186
185
184
186
185
183186184183185184183185184182185183182184183
182

J‑PARC 用 DTL‑2 の ポ ス ト カ プ ラ ー と 固 定 チ ュ ーナーの調整は、全数のポストカプラーの根元の径の拡大とポストカプラーの挿入量を各ユニットタンクごとに微調整する事で目標の周波数との差が±5kHz以内、加速セルごとの平均加速電場のばらつきが、σ=0.16%とよい条件を得る事が出来た。
DTL‑3については調整を続行している。

参考文献[1]F.Naito,et al, “Tuning of the RF field of the DTL for theJ-PARC”, PROCEEDINGS OF THE 2001 PARTICLEACCELERATOR CONFERENCE.

[2] S.Okumura and A.Swenson, “Bead perturbation
measurement for the KEK linac cavity”, KEKreport,
KEK-74-15(1975)[3] 池 上 雅 紀 , ” 線 形 加 速 器 ( Ⅱ )”, OHO’01,URL
http://acc-physics.kek.jp/OHO/OHO01/home.html[4] K.Hasegawa, ”大強度陽子加速器計画用リニアック”, Proceedings of the 26th Linear Accelerator Meetingin Japan, Tsukuba, Aug. 1-3, 2001

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