The 14th Symposium on Accelerator Science and Technology, Tsukuba, Japan, November 2003

KEKB 加速器

iBump Feedback の調整による高ルミノシティの持続

田中学 A)、佐藤好美 A)、飯田秀一 A)、北林照幸 A)、川澄武 A)、吉井兼治 A)、青山知寛 A)、
下村純人 A)、杉野献一 A)、中村卓也 A)、大久保孝将 A)、普家聡 A)、船越義裕 B)、小磯晴代 B)、
飯田直子 B) 、増澤美佳 B)、生出勝宣 B)
A)

三菱電機システムサービス株式会社 〒305-0045 茨城県つくば市梅園 2-8-8B)

高エネルギー加速器研究機構 〒305-0801 茨城県つくば市大穂 1-1

概要

はずれ状態

KEKB 加速器は 2003 年 5 月にデザインルミノシティ
1×1034/cm2/s を達成した。KEKB 加速器の運転業務の一つとして、1999 年の運転開始から KEKB コミッショニング
グループ（KCG）と共にルミノシティ調整の一つである
iBump Feedback の調整及び調整方法の改善を行なってきた。ここでは 1×1034/cm2/s 達成までの iBump Feedback の調整及び高ルミノシティの持続に有効な手法について報告する。

1

LER σxLER σｙはじめに

KEKB 加速器[1]は 1999 年 6 月から衝突実験が開始された。その後ルミノシティが着実に向上し 2003 年 5 月にデザインルミノシティ 1×1034/cm2/s を達成し、現在の最高ルミノシティは 1.0567×1034/cm2/s である。
この高いルミノシティを出す為にいくつかのビーム衝突制御が用いられており、その一つに iBump Feedback[2]がある。これは、High Energy Ring ( HER )の衝突点近傍にバンプをたてて Low Energy Ring ( LER )の陽電子ビームとHER 電子ビームの 2 つのﾋﾞｰﾑの軌道の差（offset）に比例する量(beam-beam kick)を Feedback するものである。
これまでルミノシティが常に高くなるように iBump
Feedback の調整を行ってきたが、個人差による調整の良否によってルミノシティの高低に大きな差が生じていた。

2

えぐれ状態

“えぐれ” と “はずれ”

iBump Feedback の Horizontal offset（H-offset）を調整していると、LER の Beam Size に変化が生じてルミノシティーが低下する現象がみられる。
H-Offset 値をマイナス方向に調整していくと、LER のHorizontal Beam Size(σx)及び Vertical Beam Size（σy）が徐々に大きくなり、やがてルミノシティが低下する。これを “えぐれ” 現象と呼んでいる。
反対に H-Offset 値をプラス方向に調整すると、LER のσx 及びσy が小さくなり、やはりルミノシティが低下する。
これを “はずれ” 現象と呼んでいる。
図１は衝突点の HER の Beam Size を調整するための iSize Feedback [3]の Monitor で、各 Beam Size と SpecificLuminosity （ Luminosity/number of bunches/bunch currentproduct）の関係を示している。

Specific Luminosity
図１ iSize Feedback Monitor

3iBump Feedback 調整の歴史

3.1

iBump target の調整実験開始から 2000 年の 12 月までは beam-beam kick による iBump target 値の調整を行ってきた。図 2 は iBumpMonitor で Target と Specific Luminosity の関係を表している。
これを見ながら時間と共にルミノシティの高いところに各 target の値を合わせる調整を行っていて時間（Beam 電流の変化）と共に Horizontal BB Kick(H-target)の値が変化していることに気づいた。

図２ iBump Monitor

3.2

Programmable H- Target Changer

2000 年の 12 月から 2001 年 5 月までは Programmable Htarget Changer(PHTC)を用いて調整を行った。これは LERの Beam 電流に合わせて H-target の最適値を探してグラフ化として調整していくものである。図 3 に Programmable
H target Changer(PHTC) パネルを示す。

The 14th Symposium on Accelerator Science and Technology, Tsukuba, Japan, November 2003

はずれLuminosity
図3

Programmable H Target Changer

一度パネルを作成してしまえば次回からは調整の必要はないように見えてしまうが実際にはそうはいかなかった。それは実験ごとに少しずつながら H-target 値に違いが生じてきてそのまま PHTC を使用してしまうと “えぐれ”や “はずれ” が生じやすい状況になってしまうということだった。

3.3

H-Offset Direct 調整2001 年 5 月からは H-target 値の調整でなく H-offset を直接調整するようにした。H-offset をマイナス方向に調整していくと Beam Size が大きくなり、ルミノシティも高くなってくる。しかしマイナスにし過ぎると“えぐれ”状態になりルミノシティの低下を招く。また、H-offset をプラス方向に調整していくと Beam Size が小さくなり、ルミノシティも低くなる。プラスにし過ぎると“はずれ”状態になってしまう。このためルミノシティを最も高くしようと調整するには LER Beam Size とルミノシティを見て、えぐれる寸前の状態に H-offset を持ってくるのが Best な調整である。
また調整中に “えぐれ” 状態になってしまった時は経験的に H-offset を数μm 程度戻してもルミノシティは回復しないのでプラス方向に 100μm 程ずらし一時的に“はずれ”状態を故意に作る。その後 H-offset をマイナス方向に調整し再びえぐれる寸前の状態に持っていく。これを “えぐれはずし” と呼んでいる。
このような調整を実施してきたことにより、“えぐれ”や “はずれ” は以前よりは減少させることが出来たが、ほとんど “えぐれ” や “はずれ” を出さずに調整できる人と出来ない人の差が目立つようになってきた。この原因は次の H-offset 値をプラス側かマイナス側のどちらにすればよいのかという基準がなく H-offset 値を振りすぎたり反対に調整してしまっている為であった。

3.4

えぐれ

H-Offset 調整の指標

Luminosity
図4

ZEQC2LE:KRB と H Offset 及び Luminosity

3.5 H-Offset Easy Feedback System
3.4 の頃より新たに H-offset パネルを作成した。
このパネ
ルを用いて ZHQC2LE：KRB と H-offset を同時にモニターしながらルミノシティの高い比率を保てるように
ZHQC2LE：KRB がプラス方向に動いたら H-offset をプラスにマイナス方向に動いたら H-offset もマイナスにするというような調整を実施するようになった。図 5 は調整時に用いている ZHQC2LE：KRB and H-offset Monitor と H-offset調整パネルである。

図5

ZHQC2LE：KRB and H-offset Monitor と H-offset 調整パネル

これらを用いて調整を実施することで “えぐれ” や3.3 の問題を解決しようと H-offset の指標となるものを“はずれ”をかなり減らすことが可能となった。しかしこの探していたところ HER の衝突点近くのステアリング電磁ままでは実験中常にモニターを見てプラスしたりマイナ石の１つである ZHQC2LE の蹴り角の設定値の読み（KRB）スしたりと H-offset 調整を実施し続けなければならず他のの増減が H-offset 値の増減と同期しているとことに気づい調整が出来ないことになってしまうので ZHQC2LE：KRBた。図 4 は ZHQC2LE：KRB と H-offset 及びルミノシティ値に一定の比率でH-offset 値を追従できるような Toolをモニターしたものである。これを見ると ZHQC2LE：KRB（H-Offset
Easy
Feedback
System）を考え作成した。と H-offset の動きにはある一定の比率をもっており、2 つ
図6にH-Offset
Easy
Feedback
パネルを示す。
実験開始時の間がかけ離れると “えぐれ” や “はずれ” の状態になりに最適なH-offset
値を探した後、このFeedbackを動作させルミノシティが低下することがわかった。なおルミノシテておくことにより高く安定したルミノシティを維持する
ィが 0 で H-offset が突出しているところは Beam の入射中ことが可能となり他の調整を実施する時間を増やすことである。
が出来るようになった。

The 14th Symposium on Accelerator Science and Technology, Tsukuba, Japan, November 2003につかわれる分散型制御システムを開発するためのソフトウェア開発環境と汎用アプリケーションのセットである。常時 KEKB 加速器を運転をしてる運転員には専門的知識や学習時間が取れないなどの理由で EPICS の理解は難しい。もちろん運転員以外にも専門家はいるが KEKB 加速器の運転員は制御の専門家ではないので運転員が調整中に得たアイディアの実現には非効率的である。

4.2 Python と EPICS/Python
図 6 H-Offset Easy Feedback

3.6

H-Offset Beam Size Feedback System とH-Offset Life Feedback System

H-Offset 調整すると Beam Size が変わることに注目し実験中に新たに Feedback に利用するようにした。これはH-offset をプラス方向にすると Beam Size が小さくなり、逆にマイナス方向にすると Beam Size が大きくなる現象を利用したものである。現在のビームサイズをモニターしながら目標とするビームサイズを決め H-offset を調整するものである。ビームサイズは電流依存性が見られ実験を何回か繰り返すことにより最適な値が得られる。電流が少ないときより多いときのほうがビームサイズは大きい。これにより安定したルミノシティの実現を可能にした。
また実験開始直後は LER の life も気にしながら H-offsetを調整している。実験開始から数分間は LER の Life が安定しない時がある。安定しているときは良いのだが安定しない時は H-offset をマイナス方向に持って行き過ぎると “えぐれ” を過ぎて突然 Life が減少するのでこの点にも注意して調整しなければならない。しかし調整中は Life 以外のことにも注意しなければならないので H-Offset Beam SizeFeedback を改良して H-Offset Life Feedback を作成した。現在の Life をモニターしながら目標とする Life 値を決めそれ以下になったらに即座に H-offset を調整するものである。この Feedback を動作させておくことにより Life を気にしながらの微妙な調整はしなくてもよくなり安定したルミノシテ
ィの実現をさらに可能にした。図 7 に H-Offset Beam Size
Feedback パネルと H-Offset Life Feedback パネルを示す。

Python は比較的覚えやすく迅速なアプリケーション開発に適した言語である。最近ではアメリカでも流行っており日本でも認知され始めている。
EPICS/Python とは KEK で開発された技術であり EPICSの詳細を知らなくても制御パネルが容易に作成することができる。

4.3

開発例

H-Offset Easy Feedback System や H-Offset Beam Size
Feedback System、 H-Offset Life Feedback System は運転員のアイディアを元に運転員が EPICS/Python で作成したアプリケーションである。また H-Offset Easy Feedback System
や H-Offset Beam Size Feedback System 、 H-Offset Life
Feedback System を同時に動作させることにより職人技に近い調整が可能となり現在の 1×1034/cm2/s を超えるルミノシテ
ィでもこの Feedback System が使用可能であることがわかった。この他にもルミノシティ調整用や加速器運転支援用に作成されたアプリケーション[4]も多数存在している。

5

まとめiBump Feedback の調整方法について問題点を改善し新しい調整方法を検討、改善してきたことにより 1×1034/cm2/sを超えるルミノシティでも安定したルミノシティの持続を実現することが可能となった。また EPICS/Python による迅速なアプリケーション開発は運転員が調整中に得たルミノシティ調整のアイディアを実現するのにかなり有効であったと思われる。最後に今後もこれらに満足することなく新たな調整方法を模索して世界一の性能の KEKB 加速器に貢献していきたいと思う。

6

謝辞

本論文を書くにあたり、運転調整にご助言、ご指導を頂いている KEKB コミッショニンググループの方々並びに各関係者の方々にお礼申し上げます。

参考文献

図7

H-Offset Beam Size Feedback と H-Offset Life Feedback

4EPICS/Python による迅速なアプリケーション開発

4.1 EPICSKEKB の制御システムは EPICS をベースに構築されている。EPICS とは加速器や大型測定装置、大型望遠鏡など[1] KEKB B-Factory Design Report,KEK Report 95-7(1995)[2] M.Masuzawa, et.al., “IP ORBITAL FEEDBACK FOR
COLLISION TUNING AT KEKB”, Proceedings of
EPAC2000,June2000.
[3] N.Iiida,et.al.,”Luminosity Optimization by Controlling a
Beam Size Ratio at KEKB” ,Proceedings ofHEACC2001,March,2001[4] K.Yoshii,et.al., “THE OPERATOR-DEVELOPED USEFULTOOLS AT KEKB ACCELERATOR”,to be published inProceedings of WAO2003,March 10-14,2003.