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放射光第 10巻第 2 号(1997年)

特集:高輝度 X 線( I)-MR 放射光利用-~2 園加速器

2‑4‑5. 軌道変動と軌道安定化フィードバック
三増俊広ぺ秋山篤ぺ福間均*
飛山真理ぺ吉田奨料*高エネルギー物理学研究所，料関東情報サービス

TheBeamOrbitFeedback8ystemfor
TheTristanLight80ur
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ToshihiroMIMASHI , AtsushiAKIYAMA , HitoshiFUKUMA ,MakotoTOBIYAMAandSusumuYOSHIDA*NationalLaborator
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ingm
agnets.Thecontrolsyste
mwasb
uil
twithEPICS.

1. 概要

置および，傾きの安定性に対する要求は，各々の今回行われたトリスタン主リングを使つての放実験によって違い(表1)，特に垂直方向に対し射光実験では，電子加速器に対し，いくつかの厳て厳しくなっている。本文では，まずトリスタン

Emittance , High Cur酬

リングでの電子ビームの軌道変動について述

rent 等に加えて，光源での電子ビームの安定性

べ，次にフィードバックシステムの性能についてもそのひとつである。これは電子ビームが，3命じることにする。

しい要求があった。 Low

LowEmittance であることに加え，アンジュレータの置かれている場所から，放射光実験室まで

2.

軌道変動の距離が非常に長いこと(約 100 m) による。本

軌道変動の測定は，数十分から数時間程度の非軌道安定化フィードバッグシステムは，アンジュ常にゆっくりした変動と 3~100 Hz 程度の速いレータ中心(光源)での電子ビームの位置およびビ、ームの振動に対して行われた。

傾きを安定化させるために制作された。ビーム位*高エネルギー物理学研究所

千 305

非常にゆっくりした軌道変動は，運転するピー

つくば市大穂 1-1TEL 0298‑64‑5274 FAX 0298‑64‑3182 e‑mailmimashi@kekvax.
kek.
jp‑48‑(C) 1997 The Japanese Society for Synchrotron Radiation Research

放射光第 10巻第 2 号

141(1997年)

Table1. T
herequirement
sfromeachexperiment.

@日orizontal (f1m)+Vertical(μm)

光源位置安定度光源角度安定度(μm)(μrad)

土 1500

土 15

グ Deviation FromStandardOrbit80ヰナ筋繊雑

土 500

土 10

マイクロビーム

土 50:t10

間相成長

土 100

土5パラメトリック散乱

土 500

土 10

核共鳴散乱

土 500

士560a‑340∞;
E~20

2 4 6 8 10Time(Hours)

ムのオブティックスによる。実際，各衝突点でビームをしぼる高エネルギー実験に対して，ビーム. C
losedOrbitDistoritionofwholeR
ing.
Figure1

をしぼる必要のない放射光実験のオブティックス
では，軌道変動は少なかった。これは，その原因が主に各衝突点でビームを収束させる四撞磁石のが図 2 である。この変動を FFT にかけて解析し変動に起因するためである。図 1 に放射光オブテ

たところ，垂直/水平方向とも 77分の周期で変動

ィックスでの水平/垂直方向の軌道変動の様子をしている成分が観測された。その他，水平方向で示す。図 1 は，測定開始からの軌道のずれを 400は， 45 分， 37 分，台のビーム位置モニターによって測定し，そのが観測された。なお函 2 の水平方向の軌道変動

R.M.S. を各ビーム位置モニターの測定誤差によで，約 3 時間おきに，鋭いピークがみえるが，る効果を差しヲ i いて，時間の関数としてプ口ット

これはビームの入射によるもので， FFT 解析かしたものである。

らは，取り除いた。次に，速い振動成分について147秒， 94秒付近にも変動成分

次にアンジュレータの隣に設置されているビー

は， 5Hz において，ビーム位置は水平/垂直方向

ム位置モニターを使って加速器のある 1 点でのに約 0.22μm/0.4μm ，ビームの傾きは， 0.
65/

長時間に渡る軌道変動を測定した。それを示すの0.08μrad 振動している。しかしこれは放射光(SミHorizontalBeamPositionVerticalBeamPosition6060とし.
9 0や岬∞。

a司444

11TAF3¥}/

U/'sk81m

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1
6

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A.・1

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Time(Hours)

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pspikeofhorizontaldirectionploti
sduetobeami
njection)
.
49‑

142

放射光第 10巻第 2 号実験において，問題を引き起こさない。

(1997年)

いま高い周波数のビーム振動は充分小さいと考え，

3. 主リング放射光実験のための軌道安定

100‑1000Revolution のビーム位置の平均をとることによって， 5~50μm 程度の位置精度を化フィードバックシステム確保している。

3.
1 軌道安定化フィードバックシステム

また，本軌道安定化フィードバックシステムの制御システムは EPICS

アンジュレータ周辺に設置されたフィードバッ(ExperimentalPhysics

クシステムの概略図を図 3 に示す。まず，アンジ

andIndustrialControlSystem)2) を基礎に構築さュレータの両端にあるシングルパスビーム位置モれている。 EPICS とは， VME ボードコンピュ

ニターでレボリューションごとータと Unix Workstation をネットワークでつな(100 KHz) のビーム位置および傾きを 100 回(または，いだ分散型データベースを持った制御システムで1000 回)測定し平均を求める。次に水平/垂直方向各 4

アメリカのロスアラモス国立研究所を中心に共同の高速ステアリングマグネット開発されているものである。

(STFH/STFV)

で，ビーム位置および傾きが一定になるように補正する。以上のサイクルを 100 Hz (または，103.
2 フィードバックシステムの性能
国 4 は，フィードバック ON/OFF 時の垂直方五 z) で行うシステムである。

ステアリングマグネットは，速い応答速度が要向のビームの変動状態を示している。図 4 の (A)Laminatediron欄core magnet を用(B) は，軌道安定化フィードバッグを OFF したいた。要求されたキック角の設定精度と安定性

ときの 8 時間の軌道およびビームの傾きの変動

は，アンジュレータ中心でのビームの傾きを水平を示す。

/垂直方向にそれぞれ，:t 15μm/ :t 5μm の範囲てビーム位置，傾きを測定し 100 Hz でフィードで安定させる条件によって規定され，水平/垂直バックを行った時のビームの変動を示す。また方向に 7.5μrad/2.5 f1rad の設定精度の要求を満(E)(F) は，同様に 1000 ターン分の平均をとってたすものを作成した。

10Hz でフィードバックしたときのビームの変動求されるため，(C) (D) は，100 ターン分の平均をとっを示している。これらの測定より，フィードバッ

ビ、ーム位置モニターとしては，短い時間のなかで精度良くビーム位置を測定するため， AM/クをかけた時の光源位置安定度は，100 ターン分

PM 法 1) を読み出し電子回路に用いた Singleの平均をとった時，水平方向土 12μm 垂直方向

BunchSinglePathMonitor が採用された。この土 15 f1m o 光源角度安定度は，水平方向 :t 2.3

位置測定精度は，土 100~200μm と予想され，μrad 垂直方向:t 2.7μrad である。 1000 ターン分

TsukubaLeftside￨upstreamISTVSTVSTVBPMSTVSTV STH

Undulator

Figure3. Schematicviewofthebeaml
inea
roundtheundulator.
‑50‑STV143(1997年)

第 10巻第 2 号

放射光。

(C)

8oFeedbackON(VerticalBeamS
lope)
20ω

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υ3∞∞z。

ro仏

ハU(言』え)hwt)(宮(言』え)。

仏gぷ 400

60FeedbackON(VerticalBeamSlope)20。

82040Time(Hours)(E)。

2 4 6Time(Hours)

fえloolωぷ 300i~

(A)

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2 4 6Time(Hours)

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Time(Hours)

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FeedbackOFF(VerticalBeamSlope)20n

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品目 1006

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vm 川ロ。

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ム
42E

(認可礼)

認/，E‘\， ss、

FeedbackON(VerticalBeamPosition)
100

FeedbackOFF(VerticalBeamPosition)
100g

2 4 6Time(Hours)

8

ぷ 400

2040Time(Minutes)

(D)

(B)

60(F)

erticalbeampositionands
lopeatt
hecenterofUndulatorw
ithjw
ithoutfeedback.
Figure4. VVerticalBeamPosition

VerticalBeamS
lope
‑
0.
05

畑0.25

I,.-....

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L吋

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1∞。

ぴ〉

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.

0仏吋gro出gf匂ωω出 -0.5“00.15Time(Seconds)

Figure5. K
ickthebeamw
ithasteeringMagneti
n0.
55Hzthencorrectthebeampositionandslopewiththefeedbacksystem.の平均をとった時，μffi ，

水平@垂直方向とも :!:5.6

光源角度安定度は，1. 1μrad である。

水平@垂直方向とも

これらの結果より，遅いビーム‑51変動に対しては，本フィードパックシステムが放射光実験からの要求を充分満たしていることえる。次にフィードバックシステムが，どの程度放射光第 10巻第 2 号

144(1997年)の周波数の軌道変動まで有効か，それは予測値と参照一致するかを見るために，

1) S.P.Jachimetal.:“An RFBeamPositionMeasｭurementModulefortheFermilab Energy Dou帽
blerぺ IEEE N
S‑28(1981)pp.2323.
2) 1.R. Dalesio , et al.:“ EPICS Architecture",
ICALEPCS91 , KEKP
roceedings92-15 , (1992)
pp.
278.

1 台のステアリングマ

グネットを使って，それぞれ 5 Hz , 0.
2Hz ,0.055 耳z の周波数でビームを蹴りながら，フィードパックシステムを動作させた。(垂直方向のみで実験)図 5 にその一例を示す。 0.055 Hz 程度の軌道変動に対しては，充分有効である。

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