SPring-8 線型加速器における高周波励振部の安定化
廣田真生 A1)、安積隆夫 B)、鈴木伸介 B)、谷内努 B)、花木博文 B)、渡辺猛 A)A)スプリングエイトサービス株式会社〒678-1205 兵庫県赤穂郡上郡町光都 2 丁目 23-1
B)
高輝度光科学研究センター 放射光研究所〒679-5198 兵庫県佐用郡三日月町光都 1 丁目-1-1

イン）が環境温度、外気圧等により位相変動を引き起こし、これがバンチ内のエネルギー分布へ影響を及ぼしている。数週間にわたる加速器運用において、
現在、SPring-8 線型加速器では 8 GeＶシンクロトロンと NewSUBARU への入射をおこなっている。 位相変動が一日周期で変化していることが観測された。導波管内部圧力と位相との関係に着目し、相関ビーム入射をより安定化するために、線型加速器で測定をおこなった。さらに、N2 ガス圧力制御システ使用されている１２台のクライストロン高周波励振ムを構築し、内部圧力の安定化をおこなっている。
用主ドライブラインの RF 位相変動について調査をおこなった。主ドライブライン内には放電防止用のN2 ガスが充填してある。この N2 ガス圧力が環境温２．高周波装置及び位相測定系の構成度や外気圧などの外乱要因により変化し、これに伴SPring-8 線型加速器の高周波システムを図１に示い RF 位相変動が引き起こされていることが問題とす。同期回路 [2] により発生した 2856 MHz の RFなっている。本稿では N2 ガス圧力変動と RF 位相基準信号は増幅器を経てクライストロン (H0: 80変動との関係を示し、さらに長時間にわたって安定MW E3712 Toshiba) に入力している。H0 クライスな高周波伝送を実現するために導入した N2 ガス圧トロンで増幅された高周波は電力分配器を介し、バ力制御システムについて述べる。
ンチング部へ 4 MW、初段 3 ｍ 長加速管へ 27 MW供給される。この他に１２台の E3712 クライスト
１．はじめにロンへの RF 基準信号として 1 MW の RF 電力が主ドライブラインにより各電力分配器を介しクライ
SPring-8 は５週間を１サイクルとした放射光運用ストロンに伝送される。そして移相器、減衰器を介に対して１日１、２回の入射がおこなわれている。
し、電力レベルの最適化の後、E3712 クライストロ
一方、1.5 GeV 蓄積リングである NewSUBARU へンに供給される。また最下流部にある ECS 用加速は数秒に１回のビーム供給がおこなわれており、１管励振のための RF 基準信号は最上流部に用意されGeV 線型加速器での長時間にわたるビームエネルた電力分配器から 120 m 長同軸ケーブル（1.7deg/℃
ギーの安定度は入射エネルギーアクセプタンスであ/120 m＠2856 MHz）で RF 電力伝送をおこない、増る ±0.3％ 以下であることが要請されている。
E3712 クライスト
幅器、移相器及び減衰器を経て１９９８年にビームエネルギー変動要因の詳細測(M18)
ロンに入力される。M18
クライストロン出定、及び高周波装置の出力電力、位相測定がおこな
3m
力は最下流部にある２台の長加速管、及び ECSわれ、その相関が得られた。１９９８年の夏期停止用加速管へ入力される。この伝送系は図２に示すよ
期間に高周波大電力装置に対して上記したビームエ
うな位相フィードバックシステムにより常時安定化
ネルギー安定性を実現するための改修が施された。
されている [3]。
その結果、約３０分から１２時間周期の 1% 以上に長期にわたる主ドライブラインの位相変化量を得も及ぶビームエネルギー変動が ±0.1％ 以下まで改るために、図２に示すようなRF 測定系により基準善された [1]。
RF
位相と主ドライブライン最後部位相との比較測NewSUBARU への高安定、かつ大電流のビーム定をおこなった。位相測定には、ダブル・バランス入射を実現するために 1 GeV エネルギー圧縮シスド・ミキサー (DBM : DBM-1100H, VARI-L Company,
テム（ECS）が２００１年４月より通常運転に導入
Inc.) を使用した。DBM は事前に恒温槽にて温度特されている。ECS はエネルギー幅の縮小をおこなう性が得られており、20〜30˚Cの使用範囲では安定だけでなく、エネルギー安定化にも貢献しており、動作が確認されている。DBMから出力されたパル
現在 0.02% (rms) の安定性を達成している。ECS でス電圧はオシロスコープ(Tektronix
420A, Sony, Inc.)の長時間にわたる効果的なエネルギー圧縮をおこなへ入力され、そのオシロスコープはGPIB 経由で計
うにはバンチ内のエネルギー分布が常時一定である算機から制御される。１回のデータ取得は４秒毎に必要がある。しかしながら、１２台のクライストロおこなわれる。
ン基準励振部である 70 m 長導波管（主ドライブラ

概要

1E-mail:hirota@spring8.or.jp

図１

SPring-8 線型加速器高周波システムの構成

３．主ドライブライン導波管内圧力安定化制御システム
主ドライブライン導波管内部の N2 ガス圧力制御システムを図３に示す。本システムは主ドライブライン上流部に設置され、圧力計 (横河電機株式会社
MT210)、６リットルバッファータンク、N2 ガス入出のための電磁弁、制御コントローラ、安全弁から構成されている。主ドライブライン内ガス圧力は圧力計にて 0.1 kPa の分解能で測定される。この圧力計は上下限値の設定が可能であり、これを越えた場合には制御コントローラが制御ビット信号により電磁弁の開閉をおこなうことで N2 ガスが導入、排出される。また、電磁弁の開閉時のガス入出流量を調整するためのバルブがガス導入部と排出部にそれぞれ設けられている。このガス入出部および圧力測定部は６リットルバッファータンクを介すことにより、ガス入出の電磁弁駆動の発信動作を抑制している。
圧力計の数値は DC 電圧でモニターされ、図２に示した RF 測定系に組み込まれている。したがって主ドライブラインの内部圧力は RF 位相と同期してデータ取得がおこなわれる。

図２

位相フィードバックシステムの構成

図３ 主ドライブライン内ガス圧力制御システムの構成

４ ． 主 ド ラ イ ブ ラ イ ン RF 位 相 と 内 部圧力との関係
主ドライブラインの RF 位相と内部圧力の測定は２００２年３月から６月末までおこなった。この測定期間中に導波管内部に充填していた SF6 ガスから N2 ガスに置換し、さらに 5 月からは、ガス圧力制御システムを導入した。SF6 ガスから N2 ガスに交換した理由は低い誘電率による絶縁特性と動作中のガス放出に対する環境への安全面によるものである。またこれら２種類のガスのそれぞれについて実際に主ドライブライン内ガス圧力の主ドライブライン最後部での依存性を図４に示す。この測定結果
より、N2 ガスは SF6 ガスに比べて RF 位相の圧力依 存 性 が 低 い こ と が 判 明 し た 。 SF6 ガ ス は 4.38deg/kPa に対して N2 ガスは 0.38 deg/kPa の圧力依存性を有している。

6014520Phase@Main Drive Line [deg]y = -60.387 + 0.37495x R= 0.99972

40200-20

Phase

0140135-20-40

130

PressureSF6 gas @M18 [deg]-40

N2 gas @M18 [deg]-60
6/21-6090100110120

1306/22140

Main Drive Line pressure [kPa]

Phase@Main Drive Line [deg]y = -457.25 + 4.3816x R= 0.99976

125
6/23

6/22

date [m/d/y H:M:S]

Main Drive Line pressure [kPa]

図４ 主ドライブライン内ガス圧力と RF 位相との関係

図６ 主ドライブライン内ガス圧力と RF 位相の経時変化（圧力制御 on）
500145140

Phase-20135

Pressure-40-60
3/233/23

3/24130

Main Drive Line pressure [kPa]

Phase@Main Drive Line [deg]201253/25

date [m/d/y H:M:S]

図５ 主ドライブライン内ガス圧力と RF 位相の経時変化（圧力制御 off）

May (FB on)
Jun (FB on)

40

Phase@MDL [deg]N2 ガス充填後の主ドライブラインの RF 位相、および圧力測定結果の一例を図５に示す。このとき、ガス圧力については安定制御はおこなわれていない。
これに対してガス圧力について安定制御を動作した
ときの測定例を図６に示す。圧力変化はほぼ一日周期であり、ガス圧力について制御動作前では最大 3kPa の変動が発生していた。この変化に伴い、 RF位相は最大 18.5 deg もの変化が引き起こされていた。ガス圧力の制御を動作したときは 0.21 kPa で安定化され、これにより RF 位相変化も 4.8 deg にまで抑えられた。
図７には２００２年３月から６月までの測定結果について、一日毎の主ドライブライン内ガス圧力、RF 位相の最大変化量について示す。３、４月は圧力制御動作をおこなっていないために、著しい圧力変化に伴う RF 位相変化が引き起こされている。
これに対して圧力制御を動作させた５、６月には0.35 kPa 以内で安定化されたが、3〜8 deg までのRF 位相変化が生じている。以上のように圧力制御により RF 位相変動は減少したが、まだ 4 deg 程度の RF 位相変化が残る結果となった。これは主ドライブラインの環境温度による導波管形状変化が作用しているためであると考えられる。

March (FB off)
April (FB off)
Jun (FB off)

Feedback on

30

Feedback off

20
10000.5

11.5

22.5

3MDL pressure[kPa]

図７ 主ドライブラインの日内最大ガス圧力変化量と最大 RF 位相変化量の関係

５．まとめ
SPring-8 線形加速器において主ドライブラインのRF 位相変動の測定をおこない,その変動原因の１つである主ドライブライン内部の N2 ガス圧力の安定化をおこなった。その結果、圧力制御システムを導入することによりシステム導入前の RF 位相変動最大 18.5deg から 4.8deg まで減少し、このシステムが有効であることが確認された。さらに RF 位相の安定化を目指すために、位相変動要因と思われる環境温度、外気圧等の調査をおこなう予定である。

参考文献[1] T. Asaka et al., “Stabilization of the RF System at theSPring-8 Linac”, to be published in NIMA.
[2] Y. Kawashima et al., “New synchronization method ofarbitrary different radio frequencies in accelerators”, Phys.
Rev. ST Accel. Beams 4, 082001 (2001)[3] T. Asaka et al., “Performance of the energy compression
system at the SPring-8 linac”, 8th EPAC, Paris, June 2002.