ERL2015 Report
ワークショップ期間：2015/6/7 - 12
ERL検討会 2015/06/25
T. ObinaLocation• ワークショップ会場：Stony Brook University– JFK空港から車で１時間強• 見学：BNL (Brookhaven National Laboratory)– ERL, ATF, NSLS2– ワークショップの見学とは別に Weixing Cheng氏, James Rose 氏に案内してもらった

BNL

JFK Airport

google map

参加人数・発表数
Area
USAEurope
Asia

人数
72
26
16Total

114

発表種別数

Talk
Poster72
12

Working Group / Convener について•

WG1 ERL Injectors: Injector Performance, Electron Guns, Cathodes,Lasers– Thorsten Kamps (HZB), Adam Bartnik (Cornell)•

WG2 ERL Beam Dynamics and Optics:
Effects, Halo Simulations

Collective Effects, Multi-Pass– Michael Abo-Bakr (HZB), Vadim Ptitsyn (BNL)•WG3 ERL Beam Instrumentation, Controls, Beam Losses and HaloManagement– Takashi Obina (KEK), Colwyn Gulliford (Cornell)•

WG4 ERL and SRF, including SRF System Performance, Field Stability,
Synchronization, Special Requirements, HOM Damping– Hiroshi Sakai (KEK), Erk Jensen (CERN)•WG5 ERL Applications– Vladimir Litvinenko (Stony Brook), Oliver Bruning (CERN)

Parallel
Timetable
Plenary+Parallel+Poster

Plenary

Parallel

Parallel

ポスター

WG Summary

会場

メイン会場

Parallel 1Parallel 2

ポスター会場など
会場前のコーヒーテーブル

そのままポスター会場に

Cornell Cβの 3D Movie を上映中

雑なポスター取付け：この程度で十分

KEK/JAEA からの参加者•坂中 Plenary Talk•

中村 Plenary Talk

•

山本（将）

•

西森, IPC•

Si Cheng•

河田, IOC•羽島, IOC•

帯名, WG3 Convener•

阪井, WG4 Convener•

Feng Qiu

発表日時順– Successful Result of the Commissioning on cERL in KEK– Design work of the ERL-FEL as the high intense EUV light source– Development of a 500 kV DC Gun with Narrow Gap– Operational Experience of DC Photoemission Gun at the compact ERL– HOM-BBU Simulation for KEK ERL Light Source– Science cases on ERL as a synchrotron light source– Laser Compton Sources Based On Energy Recovery Linacs– Non-destructive Beam Position Monitoring in Two-Beam Section of ERL– Operational Experience of CW SRF Injector and Main Linac Cryomodules atthe Compact ERL– Performance of the Digital LLRF Systems for cERL at KEK

WG1 : Injector (Gun, Laser, Cathode)• WG1 Summary Talk を参照• Gun– RF / SRF / DC
– Performance, limitations, operational experience• カソード開発– Black magic or science ?
– Roughness– Operational experience / frustrations• レーザー開発– Power (more or less) solved– Need : Stability, synchronization, reliability– Shaping
西森さん、山本さんの発表について：
時間の関係で今日は言及しませんが、聴衆の反応はとても良く、今後の開発も非常に期待されていましたSRF Gun• DC Gun に比べると、まだまだ開発要素が多く残されている• BNL, HZDR の Activity

Drive Laser

WG1 のまとめ

WG2 : Beam Dynamics / Optics• Hot Topics– FFAGに関する話題が花盛り– マイクロバンチング不安定に関する報告– BBU に関する議論– ビームハローとコリメーションに関するディスカッション

FFAGに関する提案• eRHIC, Cornell で精力的に検討中：Collaboration進行中

Cornell での計画：2014/12にWhite Paper出したCornellで計画している試験加速器••••

spreader 部分のオプティクスや multi-energy に対する起動補正
4-Turn で最大286 MeV
空洞 16MV/m
8-Turn 600 MeV という野望もあるらしい

予定地を整備中

Conell Cβ ERL 年次計画
• どこまで予算の裏付けがあるのかは不明…誰か聞きました？

bERLinProの状況• SRF Gun の開発は進行中 (at HoBiCaT)。なかなか大変そう。
• 各コンポーネントのインピーダンス計算などは全部やっている• 最終的には 100 mA 目指す (2020年)

建物の構造• 全体を地下に配置して、土を盛る。実に正しい。

建設の現状• 2015年２月から建設開始。穴を掘っているMovieあり。

WG3 について• 小ネタは色々あるが、ハイライトとなるようなものは多くない• BNLでのコミッショニング開始• Cornell での大電流ビーム診断
が面白いので、これらを紹介する。
詳細はそれぞれの発表資料を参照

Injection & Diagnostic Beam Line– ICT (5:1 turns ratio,~ 6%/μs droop) + BCM-IHR electronics (10kHz)– BPM
Faraday
Diagnostic– ScraperCup
Beam Line
ProfileBPM– Emittance Slitmonitor
EmittancHalo– Profile Monitor
Solenoid ICT monitors
eSlit
Inj.
– Faraday Cup
DipoleSS flange on
ceramic break withcopper mesh noise
shield– DCCTs (not pictured)

Cathode Cavity

 Zig-Zag & Extraction

Toby Miller
June 10, 2015

Diag. B/L Faraday Cup – PHOTO-CURRENT• ΔV for each beam
current pulse gives
the charge.
• Q = C ΔV=(5nF)(158mV)=0.8nC• Superimposed on
Dark Current curvePhoto-current
3 Laser Pulses

Q=CΔV=0.8nC

Dark Current
Charging Curve

Toby Miller
June 10, 2015

Injection – Integrating Current Transformer• 7μs Integration window

Subtracting
Trig. Delay

Timing View
MPS IntegratingWindow• 1μs macro bunch• 9 pulses with 9.38MHz
spacing and 44mW

7μs
AddingLaser Pulses on
Photocathode (9)Macro-Bunch

laser pulses

Peak Charge = 1.68nC=0.19nC/pulse• 1.68nC total charge– 0.19pC per bunch– (550pCmax demonstrated using 4W
laser pulses)

Toby Miller
June 10, 2015

Bunch Patterns– ICT vs DCCTPulse Structure for ICT
ICT is gated around the Car

Pulse Structure for ICT + DCCTICT is gated through the Pilot macro pulse
DCCT is sampled at the end of the Long macro pulse

1 Hz

1 Hz
RF Pulse
LengthRF Pulse
LengthCar Current = 1,876 μA
1 Car50 x 200pCbunches

5.3μs

Car Current = 1.876 μA

5 kHz rep rate
200 μsLong Car: 950 x 200pC bunches

Pilot Macrobunch
For ICTLong Macrobunch
For DCCT50

Delay

950

5.3μs

18.4μs

101.3μs

Train Current = 50 μA

125μs
4 ms

250 Hz rep rateTrain Current = 50 μA
Toby Miller
June 10, 2015

Ion studies in the Cornell ERL photoinjector• First experimental studies of ions in a high current
linac• We observe that ions increase radiation
significantly when approaching 70 mA• Explored three mitigation options– Clearing electrodes– Beam shaking– Bunch gaps
6/24/201531

Clearing electrodes significantly reduce the trapped
ion density(after leaking gas)

Beam current

Necessary clearing electrodevoltage can be predicted
6/24/201532

Shaking the beam at an ion’s oscillation frequency resonantlyclears them out (and reduces background radiation)

6/24/201533

Introducing short bunch gaps also clears ions
The minimum
required gap length ismuch shorter than
predicted by theory.
Merits further study
to understand why
this is the case.
DataExtrapolation

Reduction in beam
current

1%30%

Reduction in ions

70%

99%

Rotating wire scanner for high beam currents• Works up to 20 m/s to avoid melting• Cheap (< $5000)• Compact (~35 cm / 14”)
• Quick to build and implement

WG3に関するコメント・議論等• ファラデーカップとICTとの間に相違がある– 絶縁の問題？
– DCCTで測定できるようになったらまた検証• Jlabでは、セラミックスを直接見るようなＣＴ類はインストールしない方針にしている• Differential DCCT については開発途上• インターロック用途にICTを使用– ICTで電荷量を測定し、パルスカウンタと併用• Rotating wire scanner のインピーダンスは不明。CWビームに与える影響はあるか？
• WG4 とのジョイントセッションで、ビームを大電流に持っていくやり方について議論– Peak Current 一定にしてパルスを増やしていく– ビームパターンは一定にして、電荷を増やしていく、等WG4 : SRF• 阪井さんの報告を参照

WG5 : Applications• WG5 Summary Report より

ALICE• 詳細はプレゼンファイルを参照してください。Gun, RF, Cryo の問題が多くあって大変だったという印象。

Particle Physics• Nuclear and High-Energy Physics Experiments with Cornell's FFAG ERL– Maxim Perelstein (Cornell University)• ERLの大電流を使えば rare process の高精度測定が可能に

Intense Electron Beams Workshop at Cornell : June 17-19 / 2015
http://www.classe.cornell.edu/NewsAndEvents/IEBWorkshop/
https://indico.classe.cornell.edu/event/38/other-view?view=standard

Colliders/Nuclear Physics• A Lepton Energy Recovery Linac Scalable to TeV– V.N. Litvinenko

SR Source• The Femto-Science Factory: A Multi-turn ERL-based Light Source– Terry Atkinson (HZB)

その他、全体を通して• ビームハローとコリメーションについての議論– WG2の discussion session + 休憩時間やバンケットで議論– KEKのCW運転時のロスは興味を持たれたようだ– カソードのQEが高いとテールを長く引く。タイミングもずれるが、それ以上に空間電荷効果の効き具合が違うため、コアに合わせるとテール部分は発散する。両方を同時に輸送できる解は困難– コリメータを入れるとwakeの問題で大電流で問題が生じる？

Unwanted Beam Workshop (HUB, HZB, HZDR) を開催予定