Proceedings of the 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
August 8-10, 2016, Chiba, Japan

PASJ2016 TUP135KEKB 入射線形加速器トンネル床変動の測定（３）MEASUREMENT OF FLOOR MOVEMENT IN THE KEKB INJECTOR LINAC TUNNEL(3)
田中窓香 ∗A) 、肥後寿泰 A) 、諏訪田剛 A) 、柿原和久 A) 、榎本嘉範 A) 、牛本信二 B) 、水川義和 B)
Madoka Tanaka∗ A) , Toshiyasu HigoA) , Tsuyoshi SuwadaA) , Kazuhisa KakiharaA) , Yoshinori EnomotoA) ,Shinji UshimotoB) , Yoshikazu MizukawaA)
A)High Energy Accelerator Research Organization (KEK)B)
Mitsubishi Electric System & Service Co., Ltd.

Abstract
We understand that the floor of beam line tunnel of the KEK electron/positron injector linac is moving according tothe climate condition in conjunction with an above-ground part. Significant movements are seen at number of expansion
joints in tunnel. For the emittance preservation through the infector linac of SuperKEKB, the local misalignment isrequired to be within 0.1 mm in sigma, while global one with in 0.3 mm in sigma over the beam line of about 600 m
in total length. In order to realize this tight alignment requirement, at first, linac re-installed a system which detects theposition of accelerate standard girder by quadrant photodiodes with respect to laser reference line. Using this system,
we conducted initial alignment in 2014. Since then we measured the girder position once a few months. As a result of
this measurement, we found the floor movement of a few mm in a year at expansion joint. We also measured the relation
movement of both sides between expansion joint. The measurement turns out that the floor moved up to 40 µm in a day,so this displacement doesn t affect at the alignment of beam line. On the other hand, the measurement shows that thefloor moved 500 µm in a year. These movements have an effect on the beam operation. We discuss the future way ofdealing with floor movement.

1.

はじめに箇所は修理が行われている。また建屋の地上部分は気象変化の影響を受けやすく、地上部と連結したり、地
現在、KEK 電子陽電子入射器では、SuperKEKB へ下の温度や水分布等の影響を直接受けたりして、トンのアップグレードが進められている。SuperKEKB でのネル内の床も変動することがわかっている [6][7]。これ
エミッタンス保存のため [1]、入射器の直線部分での各は、先述のビームラインコンポーネントのアライメンコンポーネントのアライメント精度は、100〜200 m でト精度を満たす上で問題になっている。この変化を定σ=0.1 mm、入射器全体 600 m で 0.3 mm 以下であるこ
量的に見積もるため、入射器ではレーザー PD、ダイヤとが要求されている [2]。
ルゲージ、傾斜計、レーザートラッカー等を用いて観入射器は全長 600 m で、8 つのセクターから構成され測を行っている。その中で直接的な建屋同士の動きをている [3]。〜100 m の上流直線部（1.5GeV、セクター測定しようと、何箇所かの Exp. J にダイヤルゲージをA-B）と、それに続く〜500 m の下流直線部（5.5GeV、設置している。この計測結果について述べる。
セクター C-1-2-3-4-5）、及びこれらを繋ぐ 180 度 ARC部によって構成されている。各セクターは加速ユニット 8 台で構成されており、各加速ユニットに属する加速管などのビームライン要素は約 9 m 長の剛性の高い架台の上に搭載されている。各ユニット架台の両端には、ユニット内アライメントの基準となる 2 点があり、ここに位置感度のある分割型シリコンフォトダイオー
Figure 1: Linac layout.
ド（PD）ディテクターが取り付けられいる。この基準点をビームラインと平行な基準軸として定義するレーザー基線上に来るようにアラインメントされる [4]。
入射器の建屋は全長約 500 m であり、地下に加速器
2 . 床変動の測定
トンネル、1 階部分にクライストロンギャラリーがある。建築の際、建屋の膨張、伸縮を考慮して、1 セク 2.1 測定の概要
ター約 80 m の床、建物を繋ぎ合わせるように作られた測定場所、期間を Table 1 に、設置状況を Figure 2、ため、Figure 1 のように複数の結合部（Expansion joint、Figure 3 に示す。28 ユニット下流部、38 ユニット下流
以下 Exp. J）を持つ。2011 年に発生した東北地方太平部、48 ユニット下流部の 3 箇所で測定を行った。ジョ洋沖地震では、この結合部に大きな負担がかかり、トイント部を挟んで左右の壁または床に鉄のプレートをンネル内が浸水する被害が起きており [5]、大雨の際に設置し、その上を渡したステンレスの棒に東西、南北、浸水の原因となることがしばしばあり、浸水の激しい
上下の 3 方向についてダイヤルゲージを設置し、下流∗ madokat@post.kek.jp
側の建屋に対する上流側の建屋の動きを観察している。

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28 ユニットはビームラインを挟んで東西の壁、38、48ユニットは西側の壁に設置した。28 ユニットについて
は 2014 年秋から測定を行っているが、2015 年夏に Exp.
J における水漏れ工事を行った際に一度撤去したため、秋から再度設置、測定を行っている。48 ユニットについては 2016 年夏から東側の壁及び床にも設置している。

Figure 2: Setting of iron plates.

温とほぼ同期しているが、ちょうどこの頃は他の日に比べ外気温が高い日であった。また 2014/10 に台風によるトンネル内浸水があった際に一日で 20 µm 程度の変動が観測された日があったが、同じく 2016/7 に大雨による浸水があった際の変位は 10 µm 程度で、他の日と比べ特に大きく動いたということはなかった。また、半月〜2、3ヶ月の期間で見てみると、特に 38、48 ユニットにおいて 0.1 mm、南北方向については 0.2 mm 変動しているところもある。さらに 1 年の期間で見ると、南北方向において最大 1.5 mm 程度も変動していて、ビームのエミッタンスに大きな影響を与えるビームに垂直な方向でも最大 0.3 mm の変動が見られる。
Linac の冬の運転停止期間は 2014 年度は 12 月末から 3 月末まで、2015 年度は 12 月末から 1 月末までである。2015 年 12 月末の運転停止時に室温が 3 ℃程度降下し、それに伴い床も大きく変動している。特に 28
ユニット東側は約半月の間に 200 µm 以上も北側へ動いている。これは 2014 年末に運転を停止した時と同じ現象である。2014 年は 4 月まで運転が再開されなかったのに対し、2015 年は 1 月末から運転再開しているが、両年とも運転開始時期に依らず室温は徐々に上昇している。また、運転停止期間中は運転期間中に比べて日変動が大きくなっている。
28、48 両ユニットにおいてはビームラインを挟んだ両側では、南北、東西方向は同じような動きをしているが、上下方向では逆の方向に動いている。これは建屋が回転している可能性を示唆している。また各ユニッ
トとも東壁に比べて西壁のほうが変位が大きく出る傾向がある。

Figure 3: Setting of dial gauges.

Table 1: Dial Gauge Locations
Measurement location#28

Start monthWest of Beam line

201409-201508, 201509-

East

201409-201508, 201509-”#38

West201509-#48West201509-

East

201606-Floor

201606-

Figure 4: Dial gauge data from 201409 to 201608 at 28.

2.3 自動 PD データとの比較
かねてよりの課題であった長期間の連続的な変動の測定のため、2015 年 1 月より、先述した Linac アライ
2014 年 9 月から 1 年間の測定結果を Figure 4、2015 メントの基準となるレーザー PD の測定の自動化が進
年 9 月からの測定結果を Figure 5 に示す。また 2015 年 められている [9]。2015 年 9 月にさらに追加され、現9 月以降の 28 ユニット、38 ユニット、48 ユニットそれ 在 10 台の自動センサーが取り付けられて、床面変動のぞれのダイヤルゲージ及び室温の測定結果を Figure 6、 連続観測が行われている [10]。28 と 48 ユニットではFigure 7、Figure 8 に示す。38、48 ユニットでは通信系 Exp. J を挟んで 2 台の自動 PD が取り付けられている。の不調が続いたため、データの取得はそれぞれ 2015 年 2016/1〜2016/7 における下流側 PD に対する上流側 PD
10 月、2016 年 2 月以降となっているが、設置をした の動きをプロットしたものが Figure 9 である。この測2015 年 9 月からの変位となっている。
定によると、28 ユニットについて x 方向（東西方向）
日変動について見てみると、最大 40 µm 程度である。 については少し西寄りに、y 方向（上下方向）につい2016/2/14、3/7、3/20 頃に特に上下方向（ユニットによっ ては下方向に動いている。48 ユニットについてはほぼては南北方向も）に急に変動しているところがある。室 フラットであるが、3 月以降、東方向、上方向に変位し2.2 測定結果

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PASJ2016 TUP135Figure 5: All dial gauge data from 201509 to 201610.

Figure 6: Dial gauge data from 201509 to 201608 at 28.

Figure 8: Dial gauge data from 201602 to 201607 at 48.

Figure 7: Dial gauge data from 201510 to 201608 at 38.

Figure 9: Two auto PD of difference across the Exp. J.

(a) Auto PD data at 28 unit.

(b) Auto PD data at 48 unit.ているように見える。同じ時期のダイヤルゲージによる測定は、28 ユニットは西側が東、下方向、東側が西、 が見えている。2014 年時の最大変位量 0.5 mm の半分上方向に、48 ユニットの西壁は西、上方向に動いてい 程度の 0.25 mm であった。両年とも、12 月に運転が止まった後に急激に変動している様子が見える。38、48て、必ずしも自動 PD のデータとは一致していない。
両ユニットではまだ 1 年を通しての測定は実現できていないが、データが取れた期間内でも 1〜1.5 mm 程度
3 . まとめ動いている。これはビームラインのアライメントに大2014 年秋からの 28 ユニットの観測では、最大で 40 きな影響を与えると考えられる。現在、高精度アライメµm 程度の日変動が観察されていたが、2015 年秋以降 ント実現の手段として、来年夏に 3 セクター以降にイの観測でも、最も日変動の大きな南北方向においても ンストールされるパルスマグネットの架台にムーバー
最大で 40 µm 程度で、ビームラインのアライメントに と取り付ける検討が行われている [11]。このパルスマは大きな影響は及ばさないと考えられる。それに対し、 グネットの一部は Exp. J を渡すように設置されるため、2 回の 1 年弱に渡る測定期間中、年周期のような動き Exp. J での床変動を補正するために有効な手段になる- 1298 -Proceedings of the 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
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PASJ2016 TUP135と考えている。
また、センサーとロガーの距離のある測定系でビーム運転中に通信系のエラーで止まる現象が頻発しているので、通信系の改善が必要である。

参考文献[1] K. Furukawa et al., High-Intensity and Low-Emittance
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http://www-kekb.kek.jp/MAC/2014/[3] I. Sato et al., KEK Report 95-18 , National laboratoryfor high energy physics, March, 1996.
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http://kds.kek.jp/confRegistrationFormDisplay.py?confId=12760[7] M. Tanaka et al., Linac alignment for SuperKEKB injector, TUPRI090, IPAC2014, Dresden, Germany, June, 2014[8] M. Tanaka et al., Measurement of floor movement in the
KEKB injector LINAC tunnel , SAP130, PASJ2014, Aomori, Japan, August, 2014.
[9] T. suwada, Dynamical Observation of Slow Tunnel Floor
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[11] S, Ushimoto et al., Motor-driven Control of Support Structure for Pulse Magnets , TUP060, PASJ2016, Chiba, Japan,August, 2016.

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