S P r i n g - 8線 型 加 速 器 B P Mを 用 い た ビ ー ム 位 置 測 定柳田謙一1) 、安積隆夫、小林利明、鈴木伸介、谷内努、出羽英紀、冨澤宏光、花木博文、水野明彦(財)高輝度光科学研究センター〒679-5198 兵庫県佐用郡三日月町光都1丁目1-1

概要
SPring-8線型加速器では30台のBPM及びそれらの信号処理回路が設置された後、制御系を介してビーム位置情報等の収集が開始された。現在、全体の一部ではあるが、ビーム軌道の測定及び補正、ビームエネルギーの測定、ログデータ収集等のプログラムが使用可能である。

１．はじめにSPring-8線型加速器では シングルシ ョットでデ ータ取得可能なBPMシステムの整備を継続して行なって来た。平成13年12月に信号処理回路30台分の較 正及びユニット組み替えが終了し、クライストロンギャ
ラリー、 他に設置 された（ 図１）。 平成14年3月には光伝送VMEボード−光伝 送リモートボード[1]間の通信が 可能 となり 、VME上のソ フトウ ェア（Equipment Manager、EMと呼ぶ）を介してビーム位置情報等の収集が可能となった。

現在、VME上で動作するEMは二種類ある。一つは、ワークステーション上のビーム軌道やビームエネルギーを測定するプログラムから送られたコマンドに返答して、BPM信号データを送り返すタイプのEMである。
もう一つは、ビームと同期したトリガ（ガントリガ等）をイベントとし、イベント発生時にBPM信号データをファイルに書き込むEMである。このEMは、主にある一定時間のログデータを収集する場合に用いる。
将来、共有メモリを用いたデータ収集系の枠組みが完成した折りには、上記EMは一本化される。即ち、イベント発生時にはBPM信号データが全て共有メモリを介してデータベース上に蓄積される。一方、ワークステーション上のプログラムはデータベース上の最新のデータを参照する事となる。
BPMシステム及び信号処理回路等に就いては、 過[1]- [5]、過去に研究会 ・国際会 議等で発表 されてお り去のプロシィーディング 等を参考にされたい。本 研究会では、一部運用が開始されたビーム位置（軌道）測定の現状に就いて述べる。

２．測定及び補正
2.1 ビーム軌道の測定

図１：設置されたBPM信号処理回路
下から端子板、信号処理回路、光伝送リモー
トボード1)

E-mail:ken@spring8.or.jp

ビーム軌道の測定を行うためにGUI （GraphicalUser Interface）を作成した（図２、BPM制御GUI）。
図中、横軸は電子銃からの距離である。表示されているビーム輸送方向はNewSUBARU（L4）方向で、境界点まで約220mある。一方、縦軸は位置X、位置Y及び電荷量である。カーソル位置（距離187m）での位置Xが大きくずれているが、これは唯一分散部中に存在するBPMでの測定位置であるため、エネルギーの変動（0.03%/mm）が見えているためである。
表示されている電荷量は理論値から計算されたもので、平均出力電圧を演算し、比例係数を掛けたものである。ビームのマクロパルス幅が10ns以下では比例係数は一定であるが、10ns 以上ではマクロパルス幅に比例するため、マクロパルス幅（1ns、40ns、1000ns等）をパラメータとして入力する必要がある。
現在、電荷量が若干（20〜30%）多めに表示されているが、その原因は調査中である。
ショット毎の変動（全幅、即ち6σ）は、位置で0.1mm程度、電荷量で0.01nC程度である。LOG検波
増幅器出力のノイズに因るものは、位置で0.1mm程度、電荷量で0.003nC程度と計算されている。位置

図２：BPM制御用のGUI
横軸は電子銃からの距離であり、縦軸は位置X、位置Y及び電荷量である。

2.2 ビーム軌道の補正
ビーム軌道の補正を行うためには、図２のBPM制御GUIから子パネルを呼び出して行う。補正の方法
は1台のBPMで測定されたビーム位置を1台のステアリング電磁石でターゲット位置まで補正を行うものである。ターゲット位置は全て0.0±0.1mmとした。
図３はX方向の軌道に就いて、補正を行う前後の比較である。距離が5mより上流側、25m付近及び130mより下流側の地点で位置が0.0mmより大きくずれ

21

位置 x [mm]では予想通りの変動値であるが、電荷量の変動は多めに測定されている。これは、ビームのマクロパルス幅が1nsであり、ショット毎に電荷量が 実際に0.01nC程度変動していると思われる。
NewSUBARUへの輸送系に設置されているBPMのうち、測定電荷量の変動が0.06nC 程度のものが2台ある。この2台は安定性等を比較するために製作された先行試作機であり、ストリップライン長が実機型の27mmと異なり、150mm（500MHz出力）のものである。信号処理回路も勿論、500MHz検波であるが、ビームのバンチ数がショット毎に2バンチ（0.7ns、700MHz）から3バンチ（1.0ns、500MHz）の間で変化するため、ビーム波形の基本周波数が大きく変化し、測定電荷量も安定しない。

0-1-2-3

初期軌道
補正後軌道-4-50306090120150距離 [m]図３：X方向の初期軌道及び補正後軌道ているように見える。これは、補正を行う電磁石が存在しなかったり、電磁石電流値がリミットに達した等、補正を行えなかったためである。その他の地点では、正確に補正が行われている様子で、プログラムの動作が正しいことが確認された。補正が行われなかった箇所は、補正が可能となるように対策を検討中である。

2.3 キックを与えた場合の軌道変化
図４は故意にキックを与えた場合のビーム軌道の320.8
ビーム位置変化 [mm]10.60.4

00.2-1-20

ビーム位置変化量
y方向 [mm]ステアリング電磁石電流変化分 y方向 [A]

1電流変化分 [A]-0.2

050-3150100

距離 [m]

図４：故意にビームにキックを与えた場合の軌道変化

2.4 60pps運転時のデータ収集
VME上のログデータ収集用プログラムを用いて、60pp s運転時に於ける全BPMの位置データ等を収集した。図５及び図６はシケイン下流側にあるBPMに於いて測定された位置X及び電荷量である。図中、100秒付近で位置及び電荷量が大きくずれているのは、距離20m付近の加速管が放電を起こし、ビームエネルギーが不足し、ビームがシケインを通過出来なかったためである。ここで、電荷量が0.0nCにならないのはLOG検波増幅器を用いているためである。
図５中、540 秒付近で位置がステップ状に変化しているのは最下流（M18）モジュレータに起因していると判った。
今回、殆どにデータは16.67ms（60ppsの逆数）間隔でデータ収集されていると思われるが、CPUの割り込み等に起因する取りこぼしが確認されている。
SPring-8では60pps 運転時に於いても、データ収集を確実に行えるようシステムの改良を行うべく開発・試験を続けている。
0位置 [mm]-0.5-1-1.5-2-2.5-30100200

300

400500

時間 [s]
図５：シケイン下流側BPM位置Xのログデータ

6000.20.15

電荷量 [nC]変化である。この場合、距離7.6m付近（エネルギーは50MeV程度）のY方向ステアリング電磁石電流を+0.2A増大させた。キックを与えたステアリング電磁石より下流側で、ビーム軌道のベータトロン振動が見られる。全てのステアリング電磁石に就いて、同様な軌道レスポンスを測定することにより、ベータ関数等の光学系が正確に把握される。

0.10.05
00100200300400500600

時間 [s]
図６：シケイン下流側BPM電荷量のログデータ

３．まとめ
SPring-8線型加速器のBPMシステムは、完成した部分に就いては、設計通り、問題なく運用されている。現在、様々な応用プログラムを開発中である。
最終的には、分散部にBPMを設置し、データベースでの60pp sデータ収集が可能なシステムの完成を目標としている。

謝辞
現存するBPMデータ収集系の設置及び将来設置する高速なBPMデータ収集系の設計・開発・試験に関して、S Pring-8加速器部門制御グループの皆様に感謝の意を表します。

参考文献[1]柳田謙一、他、"SPring-8線型加速器のBPMシステム"、
第2 6回 リニアッ ク技術 研究会プ ロシィ ーディン グ、つ くば、2001年8月、pp.252-254.
[2]柳田謙一、他、"対数増幅検波回路を用いたBPM信号 処理回路"、第2 5回 リニアック技術研究 会プロシィーディ ン
グ、姫路、2000年7月、pp.114-116.
[3] K. Yanagida, et al., "A BPM SYSTE M FOR THE SPring-8
LINAC", Proc . of the 20 th Int. Lina c Conf., Mo nterey USA,
Aug. 2000, pp. 190-192.
[4] K. Yanagida, et al., "SIGNAL PROCESSOR FOR SPring-8
LINAC BPM", Proc. of the 5th Europea n Workshop o n
Diagnostics and Beam Instr., Grenoble France, May 2001, pp.
162-164.
[5] K. Yanagida, et al., "INSTALLATION OF THE SPring-8
LINAC BPM SYSTEM", Proc. of the 21th Int. Linac Conf., Gyeongju Korea, Aug. 2002.