Proceedings of the 22nd Linear Accelerator Meeting in Japan

PP-2^me Alignment of Magnets m tne ATF Damping Ring
M. Takano, Y. Funahashi3, S. Araki3, T. Matsuib, J. Urakawa3Toho University
2 -2 -1 Miyama, Funahashi, Chiba 275, Japan
aKEK, High Energy Accelerator Research Organization
1-1 Oho, Tsukuba, Ibaraki 305, Japan
bE-CUBE Co., Ltd.
1077-158 Hino, Hino-shi, Tokyo 191，JapanA bstr a c t
The construction of the ATF damping ring at KEK was nearly finished in January 1997, and several studies of the damping
ring were started Magnets in two arc sections are assembled on 36 active suooort tables, and aligned within 60|im using a 3D
mobile tracking system. We will report on survey and alignment of the damping ring.

A T F ダンピング•リングにおける電磁石の精密設置
1.

はじめにうようにしてある. 偏 向 電磁 石 に は タ ーゲ ッ ト • ホルダ

A I F は高ェネルギー加速器研究機構に建設された，電一設 置用穴 が3 箇 所 あ り （上 流 か ら B l ，B2, B 3) , ビ子 • 陽電子衝突実験用線型加速器のための試験加速器で，ーム軌道の偏向角度に合わせて170°の角度がついている.

1.54 G eV インジェクター. ライナック，
低エミッ夕ンス•ダ ン ピ ン グ * リング，そ れ らを つ な ぐビ ー ム * トランス

SF Q2

Q1BENDSD

ポ ー ト • ライン，そしてビーム診断用イクストラクシヨ
ン*ラインから成る.1 9 9 6 年 7 月から始めたダンピング*
リングとイクストラクシヨン• ラインの建設を終えて，
1 9 9 7 年 2 月から運転を開始している.
ダ ン ピ ン グ • リングは高周波空洞やウィグラー電磁石などを含む直線部と偏向電磁石，四極電磁石，六極電磁石などを含む曲線部から成る。 曲線部の半径は13.8 m，直線部の 長さは 25.8 m である. 煩 雑 な バ ン プ *チューニ
ングなしで目標とする低エミッタンスのビームを得るた
めにはこれらの電磁石を約60の位置精度で設置しなければならない. ここでは—

ダ ン ピ ン グ * リング曲辛泉部の電磁石の精密設置の方法とその結果を報告する.

2.

曲線部電磁石と架台
ダンピング• リングの曲線部は3 6 台の位置制御架台で

図 1 . 曲線部用位置制御架台と電磁石の配置.

構成 されている.それらのうちの標準的な位置制御架台に は 図 1 に示 すよ うに1 台 の 偏 向 電 磁 石 （BEND) ，一対位置制御架台は基礎底板， 位置調整機構，電磁石支持の四極電磁石（上 流 か ら Q 1 と Q2) ，一対の六極電磁石用定盤から成る. 定盤はそれぞれ異なる連結機構を持つ3(土 流 か ら S D と S F ) が配 置されている. これらの電磁台の位置調整機構によってビーム上流側で2 点と下流側石は位置制御架台の定盤上に固定された，それぞれの中1 点で基礎底板の上に支えられている. ビーム下流側の間位置調整架台の上に取り付けられる.

位置 調整 機 構は 定 盤 の 支点 を ビ ーム 方 向 （Z 方向） と動各電磁石の上部には基準面が設けられていて鉛直中心径方向（X 方向） に， ビーム上流側の位置調整機構はX

軸上にタ^-ゲ ッ ト • ホルダー設置用穴があり，設 計 上 ，方向にそれぞれ±20 m m だけ移動させることできる•これ

それ ぞれ に専 用 の タ ーゲ ッ 卜 * ホルダーを設置することによってヨー（Y 軸回転）を変化させることができる.まによってダーゲットの高さが定盤上面から805 m m で揃た各 位置調整機構は定盤の支点の高さ（Y 方向） を独立

に±20 m m だけ変化させることができる.これによってロダ ン ピ ン グ • リングの床ケガキはセオドライトと鋼製一ル（Z 軸回転）と ピ ッ チ （X 軸回転）を変化させること巻き尺を用いて行った. 曲線部電磁石の精密設置にとっができる. これらの位置調整機構はパルス.モーターにて，概 念 図 （図 2 ) に示した床ケガキの長方形（R1-R2-よって駆動する精密ボールねじを使用しており，位置調

R 3 - R 4 ) の測量は重要であるが'， ダ ン ビ ン グ• リン グは整 は 2 jLim以下の精度で制御できる.

その外側，天井，そして内側を遮蔽ブロ.ックで囲まれているので，長方形の対角線を直接測量することができな

3 . 曲線部電磁石の設置方法
バ ン プ *チューニングなしの場合，ex = 3 jim, eY= 30 nmの規格化工ミッタンスを達成しようするとき曲線部電磁い. このため，セオドライト上部や整準盤に反射プリズ
ム用の治具を 取り付 けて SM A R Tによる床ケガキの測量も行い，測量精度を上げるようにした•石の設置誤差の許容範囲は95% C L で X 方向に対してはax = 90 jim, Y 方向に対 しては cjy = 6 0 叫!，傾斜に対してT h eodolite/M A T

M01

M 36T arget

は Ge = 0.2 mradであると推定されている⑴， このような設置精度を実現する簡便な方法として三次元計測器を用いた精密設置を試みた.

3 . 1 . 三次元計測器12,31
三 次 元 計 測 器 と し て Leica SMART 3 1 0 を 用 い た .
SMARTはレーザ'一干渉計，回転鏡とそれを回転させる2軸 の サ ー ボ • モーターとエンコーダー，位置検出器などで構成されている. 回転鏡によってSMARTは レ ー ザ ー *図 2 . 曲線部電磁石の精密設置の概念図.

ビームを任意の方向に送ることができ，そ の レ ー ザ ー •ビームは，入 射角に 平行な反射角でレーザー• ビームを反 射す る 反 射 プ リズ ム で SM A R Tに 送り 返 され る . 反射されて来たレーザー• ビームのずれを位置検出器によって検出して， レ ー ザ ー • ビームがいつも反射プリズムに入射するように回転鏡を制御する.
こ う し て SM A R Tはレーザー干渉計によって反射プリズムまでの距離を計測し， 2 軸のエンコーダーによって天頂角と方位角を測定する. 距 離 分 解 能 は 1.26 gm，角度 分解 能 は 0.7 s e c である.静止している反射プリズムに対する位置測定の精度は±10 p p m である.
SMARTのアプリケーシヨン. ソフトウエアの機能として，極座標系で測定した計測値を直交座標系に座標変換することができる. また測定点のうちの任意の3 点で直交座標系を定義し，計測値をその系に座標変換することもできる. 計測中の座標を連続的にモニターに表示する

床ケガキの長方形の測量を基礎に，SMARTを用いて位置 制 御架台 M 01，M18, M19, M 3 6 を位置調整して，ダン ビ ン グ . リングの六角形のうちの四つの頂点H I ,H 3 ,H4, H 6 にそれぞれの偏向電磁石の基準点B 2 を合わせた•
残りのふたつの頂点H 2 とH 5 には M 0 9 とM 2 7 の四極電磁 石 (顔 を 合 わせ た . こうして，床ケガキを六つの電磁石の基準点に移した後は，この六角形を基準にしてSMARTを用いて残りの位置制御架台を位置調整した. SMARTの,座標系の定義機能や測定座標の表示機能のため， 曲線部電磁石の精密設置が容易にできた.
直線部のウイグラー電磁石と四極電磁石については六角形を基準にマイクロ • ア ラ イ ン メ ン ト • テレ ス コー プ(T aylor-H obson )を用いて直線上に並べ，SM A R Tで位置調整した.

ことができるので精密設置作業のときに便利である•
4 . ダンピング•リングの測量
3 .2.

曲線部電磁石の精密設置

ダ ン ピ ン グ . リング内の床ケガキを行った後に，位置制御架台や電磁石を搬入し，気 泡 管や テ イ ル テ イ ング レベル，SMARTなどを用いて位置制御架台上に電磁石を精密設置した移動時の振動を軽減するためにエア•パレットを用いそ，電磁石を精密設置し終えた位置制御，

精 密 設置 直 後 の1 9 9 7 年 1 月 に SMARTを用いてダンピン グ • リン グの電 磁石の基準点の位置を測定した.同様に，5 月の運転停止期間中や7 月の保守点検日の際に，
ダ ン ピ ン グ • リングの測量を行った. また，テイルテイン グ • レベルを用いて電磁石の基準点の高さを測定した.
これらの測量の解析結果を以下に示す.

架台を所定の位置に移動した. 3 6 台の位置制御架台を床ケガキ上に配置した後，気泡管でロールとピッチを調整し， テイ ル テ イン グ • レベル で高さ をビー ム• トラン ス
ポ ー ト • ラインに合わせた.

4 .1 .

曲線部電磁石の設置誤差

1 9 9 6 年 7 月 か ら9 月にかけて各位置制御架台上に電磁石を設置した. 電磁石の精密設置後，移動する前に架台ごとに電磁石の基準点の位置をSM ARTで測定し，各測定値の設計値からのずれを調べた. また，架台移動後に
つ い て は 1 9 9 7 年 5 月 の SMARTによる測定に対して同じ解析を行った. 表 1 に移動前後の電磁石の設置誤差のばらつき（R M S ) とその許容範囲を示した. 動 径 方 向 （X1月

5 月

7 月

AL [jim]1±2563 ± 3 0118 土37〜 [哗 ]
AC [mm]

144173

197-0 .3 2 ± 0 .4 02.70 ± 0 .2 85.77 ± 0 .5 0方向） と 鉛 直 方 向 （Y 方向） についてはほとんど変化が表 2 . 偏向電磁石間の距離.

ないがビーム方向（Z 方 向 ） の設置誤差:^大きくなっている.これは厚みの薄い四極電磁石や六極電磁石が架台移動中に振動などで変位したためであると思われる.ま1 1

た，配線や配管などによる設置誤差への影響はほとんど

丨!r------ 1 ~i------- 1—~I-------1—~I—_! ___jEastA RC -なかつたと言える.

^ ax [M^m]

90

2637

^ ay [[^m]

60

21

1952

100

♦ _<D

9ぷぺ-

4 . 2 . ダ ン ピ ン グ • リングの電磁石の高さ-

0.8

1 9 9 7 年 3 月 に はティ ルティ ング• レベルを用いて，ビ1i

▲

\.
_,丨
,…
丨, 1..J0ー ム 。トランスポート• ラ イ ン （B T ) とダ ンピング• リ…

h

表 1 . 架台移動前後の電磁石の設置誤差.

/— r... ...............«ff•

：:J_.

20-I

i ,i ,i..........i ,,40\6080Magnet

ング直線部（S L ) の四極電磁石と曲線部（ARC) の偏向電磁石の基準点の高さを測定した. そ の 結果 を 図 3 に示

図 3 . ダ ン ピ ン グ • リングの電磁石の高さ.

す 。横軸にはビームが通る順番に電磁石を並べてある.
ビ ー ム . トランスポート• ラインと北側直線部の境に段_身，

13.4〜 [ _dNorth SL▲................... ............... Mr ~West ARC ▲
▲o

移動後

4'o

移動前

m u ll> q【許容範囲South SL f........

BT5.

まとめ差ができている. ここには可動式ビーム• ダンプがあり，SMARTを併用して，セオドライトと鋼製巻き尺による見通しが悪いために高さ合わせの精度を上げられなかっ床ケガキを電磁石の基準点に移す方法を確立した。 ダン

たと思われる.東側曲線部の途中にも段差があるがここ

ビ ン グ • リングは内側も遮蔽ブロックで囲まれているのは見通しの良いところなので原因は不明である. また，全体的には滑らかにつながっているが，1 m m を越える高低差がどのように生じたのかも今のところ不明である.

で対角線の測量ができないが，SMARTの利用によって測量精度を上げることができた.
位置制御架台上に電磁石を精密設置した後，エ ア • パレットで所定の位置に移動し，配線や配管を施したが設4 .3 .

偏向電磁石間の距離

1 9 9 7 年 1 月，5 月，7 月 に 行 っ た SMARTによる測量で，偏 向 電 磁 石 の 基 準 点 B 2 間の距離の変化を調べた.

置誤差は移動前とほとんど変わらなかった. 架台ごとに見た場合，設 置誤 差はY 方 向 に関 し て は19 {im，X 方向に関しては37 jim であるので許容範囲内である.

B 2 間の距離の測定値と設計値の差A L の平均値とばらつ

しかし， ダ ン ピ ン グ • リング全体を見ると，高さにつき （R M S ) を 表 2 に示した. ただし直線部の距離は除い

い て は段差 や1 m m を越える高低差ができている. また，た. また，周長に相当するものとして，直線部を含むAL

周長については冬から夏にかけて6 m m ほどの膨張が生の 総和 A C を調べた. B 2 間の距離や周長がだんだん延びじている. これらの原因は調査中である.てきているのがわかる. B 2 を結んでできる3 6 角形の内角の 平均値 は5 月の測量の場合， 169.9998° 土0.00 3 1 °であったが， この角度には季節的な変化がなかった.従って， これまでのところダンピング. リングは次第に一様に膨張しているように見える.これを単純に床コンクリ
一 トの 熱膨 張 に よ る も の と す る と冬 か ら 夏 に か け て 約
5 °C の温度変化があったことに相当する.

参考文献[1 ]F. Hinode et al., KEK Internal 9 5 -4 (1995).
[2] Leica, SMART310 How to use (U2-248-0EN IIL95).
[3] Leica, SMART310 Hardware Guide (U2-259-0EN III.95).
[4] M. Takano et al., Proceedings o f the 2 1 s t Linear
A ccelerator M eeting in Japan, NUP-A-96-10 (1996) 180.