東北大学1.2 GeVブースターシンクロトロン復旧の現状

日出富士雄，柏木茂，柴崎義信，高橋健，長澤育郎，南部健一，武藤俊哉，濱広幸
東北大学 電子光理学研究センター

outline• はじめに （加速器施設の紹介と復旧の状況）• 電子シンクロトロンの改修– 改修の概要– 機能複合型四極電磁石の導入– 電源の更新– 真空系，制御系の更新• ビーム運転の状況• まとめ

はじめに （加速器配置図 震災前）
ビームライン
I系ﾋﾞｰﾑﾗｲﾝ： 改修
II系ﾋﾞｰﾑﾗｲﾝ： 撤去
III系ﾋﾞｰﾑﾗｲﾝ： 第2電磁石室内：撤去
第2実験室内（リング入射ﾗｲﾝ）：既設のまま
LDM系ﾋﾞｰﾑﾗｲﾝ： 撤去
V系ﾋﾞｰﾑﾗｲﾝ： 撤去

加速器
ライナック（A部）： 改修
ライナック（B部）： 撤去＝＞ シンクロトロン入射用ライナック新設
電子シンクロトロン（STB）： 改修

TOFトンネル

ﾋﾞｰﾑ偏向室

ﾋﾞｰﾑﾗｲﾝ:撤去

第一測定ｽﾃｰｼｮﾝ

主標的室

Ｖ系ﾋﾞｰﾑﾗｲﾝ: 撤去

第2実験室
第1実験室
電子シンクロトロン
加速器（STBリング）：改修

LDM系
ﾋﾞｰﾑﾗｲﾝ:撤去

II系ﾋﾞｰﾑﾗｲﾝ:撤去
I系ビームライン：改修
第2電磁石室ライナック（B部）:撤去

電子ライナック低エネルギー部（A部）： 改修

II系、III系
ﾋﾞｰﾑﾗｲﾝ:撤去
ＧｅＶｶﾞﾝﾏｰ
照射実験棟
照射室

配管室

はじめに （加速器配置図 現在）
施設報告ポスター→ 南部 他, “東北大学電子光理学研究センターの加速器の現状”, SSFP24
主標的室

ﾋﾞｰﾑ偏向室

第2実験室
第1実験室

電子シンクロトロン(1.3GeV)

第2電磁石室ＧｅＶｶﾞﾝﾏｰ
照射実験棟
照射室

シンクロトロン入射用
電子ライナック（90MeV: 新設）

電子ライナック
低エネルギー部(60MeV)
配管室

新入射器の建設→ 柏木 他, “東北大学電子ブースターシンクロトロン入射用90MeVリナックの開発状況”,SAOT02

電子シンクロトロンの改修
1.2 GeV STB (Stretcher-Booster) ring から1.3 GeV BST (Booster Storage) ring へ
パルスストレッチャーとしての機能は除外する従来より高電流運転で，ビーム品質も高い実験を可能にする
更に将来的には教育目的の放射光利用などの新しい利用も目指す
運転エネルギーの変更 （入射：150 MeV → 90 MeV，最高： 1.2 GeV → 1.3 GeV ）改修内容• 六極磁場入り機能複合型四極電磁石の導入→ クロマティシティの補正を可能に
ヘッドテール不安定性の抑制• 電磁石電源の更新（BM, Q-mag 用トラッキング電源，入射用パルス電源の更新）• 真空系の改善• 制御系の更新

1.3 GeV BST ring

２０１３年８月

ラティス関数と主要パラメータ

（１）機能複合型四極電磁石の導入
機能複合型四極電磁石
収束（QSF）・発散（QSD）用 各８台製作
SIGMAPHI社製
Rotating Coil
Rref = 30 mm
Carbon Fiber

Field strength (@p = 1.3 GeV/c)
QSF: B’=8.7 T/m B’’=20.9 T/m2QSD: B’=9.6 T/m B’’=36.5 T/m2

Field measurement by rotating coil
磁石の設計・製作およびアラインメント等→ W. Beeckmann, et. al., SAP067

六極小さめ → 分散関数の調整で対応可
dipole も問題

（２）電磁石電源の更新
トラッキング電源
BM，Q-mag 用 計４台製作
東芝三菱電機産業システム（株）社製
DipoleQC

QSF, QSD

Min. current

80 A

40 A

35 A

Max. current

1400 A

800 A

700 A

Output
645 V
55 V
77 V
voltage
Ramping rate 980 A/sec 665 A/sec 565 A/sec

もとは医療用重粒子線照射施設の電磁石電源用に開発されたもの
優れた性能
安定度 ±1×10-5 以下
追随性 ±1×10-4 以下

（３）パルス電源の更新
入射用パルス電源
セプタム，キッカー 用 計４台製作
日新パルス電子（株）社製

キッカー出力波形

（４）制御系・真空系の更新
制御系
制御室を一新トリガー系を新規に構築
古いPLCを更新
制御プログラムも新たに構築中

真空系
NEGポンプの新規設置（C200； KEKより移譲）
真空ゲージの整備

ビーム運転の状況
経緯• ５月下旬＞
更新した制御系の配線作業や，制御プログラムの開発などを並行して行いながら，コミッショニングを開始• ６月７日＞リング内に多数回のビームの周回を確認• ６月１３日＞
入射ビームのRF捕獲に成功• ７月１０日＞
最高エネルギー（約 1.3 GeV）の加速に成功（ビーム電流 ~ 2 mA）• 現在＞
基礎データ確認と周回電流の向上を図っているリングのモニターの配置図
SR モニター入射ビーム
コアモニター

スクリーンモニター
ロスモニター

ストリップライン
ボタン BPM

９台

運転開始初期のビーム周回の様子

ビームロスモニター

電流モニター(CT)

入射ビーム

パルス幅 ～200 ns 以下
電流 ~ 20 mA
エミッタンス εn < 10 mm mrad

ビーム周回の様子
運転開始初期 (6/7)

ストリップラインモニター

RF捕獲成功の際 (6/13)

ビーム入射について• 機能複合型四極電磁石→ 入射時の大振幅のビームに対する六極磁場の影響（バンプ内側の六極磁場の存在が不可避）• 低エネルギー（ 90 MeV ）の入射ビームに対して放射減衰に要する時間が10 秒オーダー～ 現状の残留ガスによるビーム寿命と同程度→ ＊減衰したビームのチューンやクロマティシティの測定が困難＊現在は入射直後の大振幅のビームでチューン測定（振幅依存のチューンシフトの影響有）• 振動振幅の減衰を待てない→ 通常のビームのスタッキングも期待できない
現在は，入射後ただちにビーム加速している（まずは加速したビームを用いて基礎データを確認中）

ディスパージョンの測定
EB = 900 MeV

dispersion [m]1.510.50010203040s [m]50分散関数とクロマティシティ補正
EB = 900 MeV

20チューンの測定-2ビーム電流 少ない
ピックアップ信号使えない↓
単一周波数で掃引しながらビームを蹴って放射光をモニターして，共鳴周波数を観測している-4
horizontal (measured)vertical (measured)-6

horizontal (SAD)
vertical (SAD)
-8
00.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

dispersion [m]分散関数の調整によるクロマティシティの補正を確認できた

磁石設定をスケールした際のチューン
クロマティシティ補正 無し
nx inj

3.3

1.3

3.25

1.25

3.2

1.2

3.15

1.15

nx

ny inj
1.1

3.1
0200

400

600

800

ny1000energy [MeV]

偏向電磁石が飽和し始める領域
CODは，概ね変化していない
実際にはパターン運転時の動的なチューンの観測が必要

まとめ•

震災後２年以上にわたり復旧作業を続けてきたが，５月より試験運転開始し，７月に最高エネルギーに到達•

しかし未だビーム電流は少なく，ビームの理解も不十分
本年後半の共同利用再開を目指して，ビーム調整を進める•

現状ではヘッドテール不安定性が起きるような高電流の運転が出来ていない（加速初期のビーム損失も多い）
当初の目的であったクロマティシティの補正を確認できた→ かつて200 MeV でのヘッドテール不安定性の閾値が5 mA程度だったので，今回の改修で今後の高度化に期待•

真空系の改善は大前提であるが， 将来的な放射光利用等の新しいアプリケーションも 可能となるように，今後の復興への道筋をつけている

謝辞
今回の復旧作業に際しては，多くの方々のご協力を頂き，ようやくビーム運転の再開に至りました．

SIGMAPHI ：機能複合型四極電磁石の製作・アラインメント（株）東芝及び東芝三菱電機産業システム株式会社 ：シンクロトロン電源の更新
日新パルス電子株式会社 ：入射用パルス電源の更新

KEK真空グループの金澤先生をはじめ関係者の皆様 ：多数のNEGポンプの移譲
ここに改めて感謝の意を表します．