Proceedings of Particle Accelerator Society Meeting 2009, JAEA, Tokai, Naka-gun, Ibaraki, JapanPULSE-TO-PULSE BEAM SWITCHING SYSTEM OF
ELECTRON GUN FOR 3 RINGS SIMULTANEOUS INJ ECTION
Mitsuo Ikeda , Satoshi Ohsawa, Takashi Sugimura,
Kazuro Furukawa, Masanori Satoh, Akihiro Shirakawa
Accelerator Laboratory, High Energy Accelerator Research Organization (KEK),
1-1 Oho, Tsukuba, Ibaraki, 305-0801

Abstract
In order to realize the continuous injection for the three rings of KEKB HER/LER and PF-ring, it is inevitable tochange the electron gun parameters within 20ms, such as the bias voltage, the grid pulse high, and the timing.
We have developed the pulse-to-pulse beam switching system for the KEKB/PF electron gun. It is already underoperation. We present the system in details.

3リ ン グ同時入射用電子銃ビ ーム高速切替シ ステ ム
１．はじめにKEK電子陽電子入射器は4つのリング（KEKBのLERとHER及びPFとPF-AR）に対してビームを供給している。このうち、KEKBリングとPFリングの3リングに対して最近連続入射を開始した。リング毎に異なったビームを随時入射するためには、ビーム毎に電子銃の異なるパラメータ（グリッドパルスの波高とタイミング、及びバイアス電圧）を高速で設定することが必要である[1]。これを実現するために、50Hzの任意のタイミングで任意のビームを出せるように、20ミリ秒以内で電子銃のパラメータを設定する回路を構築した。

２．電子銃高速切替タイミングシステム
3リング同時入射を実現するためには電子銃のパラメータを50Hz（20ms）の任意のタイミングで設定できるようにしなければならない。 そのために、早い切替でパラメータを設定できるようなシステムを検討して、図1のような構成とした。入射モード別のパラメータとして、グリッドパルスの波高値とグリッドパルスのタイミング及び、電子銃バイアス電圧の制御がある。この3点の設定値を50Hzごとに設定できるようにする回路系を開発した。また、各ビームトリガ信号を受信するグリッドパルサーにより、電子銃から電子ビームが生成されるが、使用しているグリッドパルサーの波高値制御の応答時間が従来1Hz程度であったため、モードを高速で切り換えることができなかった。これを解決するため、グリッドパルサーの応答時間を短くし100Hzでも任意のモードのパルスが自由に出せるように改修した。

E-mail: <mitsuo.ikeda@kek.jp>

図1： 電子銃高速切替タ イ ミ ン グシ ステ ム構成図

３．高速切替対応モジュール
3.1 高速切替バイアス電源
電子銃のグリッド・カソード間に加えるバイアス電圧の可変範囲は、+50V～+350Vである。この電圧を変えてビーム電流を調整する。この電源は、モード毎に異なる3種類のバイアス設定電圧から、まず一つを高速で選択し、次にそれを増幅するアンプから成る。その動作概要を図2に示す。入射モード毎の複数のバイアス電圧設定値を入力しておき、マルチプレクサー（MAX309）で、50Hzの切替信号ごとに一つの設定電圧を選択する。次にこの設定値である、
475

Proceedings of Particle Accelerator Society Meeting 2009, JAEA, Tokai, Naka-gun, Ibaraki, Japan

0-10Vのアナログ値を高電圧アンプ（HOPS-0.6P5）
により60倍に増幅し、その高電圧を出力する。電子銃のバイアス電圧は+350V以上掛けられないため、制限を与えてそれ以上の電圧が掛からないようにしている。

マルチプレクサーを持っており、モード切替信号（A1/A0）により一つの信号を選択する。

図2：高速切替バイアス電源の動作概要
図3は、この電源の写真であるが、フロントパネル上方にポテンショメーターが、2個付いている。これらは出力電圧の最大値/最低値を設定するものである。最低値は低く設定するとビーム電流が流れすぎてしまうため、+50V以下には設定できないように制限している。

図4：高速信号切替器の動作概要
図5にビームモードを選択するためのシーケンスを示す。A1/A0入力にTTLレベルのロー/ハイ（0/1）
で選択信号が与えられる。例えば、A1/A0ともに0の時は、マルチプレクサーのSWがNo.1になる。このときグリッドパルサーのNo.1とNo.2に、KEKB e-モードの設定電圧が設定される。次にこれらのパルサーにトリガーが入力されると電子銃からKEKBのe-モードビームが出力される。同様にe+ビームを出すとき
はA1/A0の選択信号を0/1とする。

図3：高速切替バイアス電源のフロントパネル
3.2 高速信号切替器
このモジュールは2台あり、グリッドパルサーの波高値制御とタイミング制御用に、同じものを使用している。モード選択信号（A1/A0）に従って3モードの設定電圧から、ある一つのモードの設定電圧を選択する。グリッドパルサーの波高値は、-350V～650Vの範囲が可変で、グリッドパルサーのタイミン
グは、0ns～3nsまで可変である。これら設定電圧値を高速信号切替器で選択するものである。図4に、その概要を示す。このモジュールは、内部に4個の476

A1A0ONSWITCHMODE

OUTPUT

00NO.1KEKB e-G.P.No.1/
G.P.No.2

01NO.2KEKB e+G.P.No.1/
G.P.No.2

10NO.3PF

G.P.No.3/
G.P.No.4

11NO.4AR

G.P.No.3/
G.P.No.4

図5：モード選択のシーケンス（Channel select mode）

Proceedings of Particle Accelerator Society Meeting 2009, JAEA, Tokai, Naka-gun, Ibaraki, Japan

図6：高速信号切替器のフロントパネル

図8：高圧ステーション内に組み込まれた電子銃ビーム高速切替システム

図6に信号切替器のフロントパネルの写真を示す。
3つの入射モードの設定電圧は、パネル上面のD-Sub ４．グリッドパルサーの改修コネクタに入力される。選択後の設定電圧はLEMO型
電子銃グリッドパルサーは、KEKB運転当初より使の出力コネクタからグリッドパルサーの波高値制御用しているが、パルス波高の切替が今回の同時入射/タイミング制御の外部入力端子に送られ、各モーに必要な50Hz対応ではなかったため、グリッドパルドのパラメータが設定される。
サー本体の改修を実施した。それにより、従来は1Hz程度の応答速度であったものを100Hzで動作する3.3 電子銃ビームの高速モード切替えように改修した。このパルサーの仕様が最大100Hz動作であるため、今回の改修も100Hzまでの対応と3リング同時入射のための高速切替システムを簡した。加速RFパルスの繰り返しが50Hzであるので、略化して図示したものを図7に示す。
100Hzで充分である。
今回製作した高速切替モジュールは、将来ARリングを追加して4リング同時入射[2]を行う場合にも対応できるように、全て4つのモードに拡張できるように ５．まとめなっている。
50Hzごとのビームモード切替を必要とする3リング同時入射可能な電子銃ビームモード高速切替システムを開発し、既に実用に供している。将来4リング同時入射が開始される場合でも、現在のシステムで容易に対応可能な構成になっている。

参考文献

図7：電子銃ビームの高速モード切替解説図[1] K.Furukawa et al., “PULSE-TO-PULSE BEAM SWITCHAT KEK ELECTRON LINAC” Proceedings of the 33th
Linear Accelerator Meeting in Japan, Higashihiroshima,
Aug. 6-8, 2008[2] M.Satoh. et al., “Present Status of KEK Injector
Upgrade for Fast Beam-Mode Switch” Proceedings of the33th
LinearAcceleratorMeeting
inJapan,Higashihiroshima, Aug. 6-8, 2008

図8は、運転に使用している高速切替バイアス電源
及び、高速信号切替器の写真である。A1電子銃高圧
ステーション内に設置して既に運用している。
477