ELECTRON GUN AND NEW PREBUNCHER OF THE PF LINAC

S.Ohsawa,A.Asami,M.Yokota,Y.Ogawa,H.Iwata+ N.Yamaguchi*,K.Inone*,
Y.Iino*,H.Taki*,Y.Kamouchi*,S.Tuchiya*>S.Hujie*,and S.Hujiwara*
National Laboratory for High Energy Physics+1shikawajima-Harima Heavy Industries Co*, Ltd,
*Mitubishi Heavy Industries Co., Ltd.
ABSTRACTAs

a result of several modifications in the vacuum system

andfocusingsystemof the electron gun, anode current increased considerably andbecamemorestable. After the improvements, for about a year,a anode currentofashort pulse beam (2ns) has been kept more than 200 mA. Injection time ofthebeam

10

into

the Accumulation Ring of TRISTAN has been normally lessthanseconds. Meantime,slow leak had been found in the prebuncher operated so far,and a newly designed prebuncher was manufactured and installed last year.

ItisRfof traveling wave type and consists of 7 cavities including couplers.

characteristics of the new prebuncher will be described.

P F リニアックの電子銃の運転状況と新プレバンチヤ
1 •序•P F リビアックの電子銃では、真空系の改造によって、オキサイド力ソードのアノード電流と寿命が著しく改善されたが、 このことついては前回報告した n 。 その後の運転で、 1 年間程であればほとんど問題なく、 この力ソードを使用できる事がわかった。今回は、長時間の運転で、アノード電流がどの様に変化したかについて報告する。
また、昨年、 これまで運転に使用してきたプレバンチヤに間欠的な微小リークが見つかったた。
このため、新たにブレバンチヤを製作し、昨年の夏に設置した。 これまでのものと同様 2ТГ/3モ一ドの進行波型であるが、軌道計算に基ずいて新規に設計し直したものである。 旧プレバンチヤ
はキヤビティ間の接触がインジウムであったが、今回は電鋳にした。設 計 値 や 実 測 し た R F の特性等について報告する。なお 、三菱重工の名古屋航空機製作所には、 R F の特性測定等でご協力を戴いた。

2 •オキサイド力ソードとアノード電流の長時間変動
改造前には、電子銃の下流側のゲートバルブを開けるとアノ一ド電流が大幅に減少するといった問題があったが、それでもトリスタンの利用がなく P F リングにのみ電子ビームを供給していた頃には、 1 年間ほど同一の力ソードを使用した実績がある。 しかし、 この場合は、グリッドパルサ一の出力電圧が可変である長パルスであったため、たとえ力ソードの放射電流が少々減少しても 、パルス電圧を上げることによって、放射電流の減少分をかなり補うことが出来た。 これが2女造前でも、長期間の力ソード使用が可能であった理由である。現在は、 トリスタンの衝突リン
グ に 2 n s の短パルスビームを供給している。 この短パルスを電子銃から得るのに使用しているグリッドパルサーは、出力電圧を大幅に変えることが構造上困難であるために、力ソードが劣化して放射電流が減少すると、それを補うものがなぐビーム電流が減少することになる。 そこで、力ソード電流の減少を極力抑えることが重要な課題になっている。
0Ѳ003530252015105і00000000ім ш ю шіи00>lsd5010015020025030050GRID PULSE UOLTftGE (U)
図1

100 150 200 250 300 350

PERIOD (DAYS)

アノード電流の時間的変化

図22 n s パルスのアノード電流の変化

長パルスの場合

横軸は力ソードを使用開始してからの日数
ヒータ電圧 e.

3 V ，バ イ ア ス 電 圧 6 5 V

改 造 後 約 1 年間使用した力ソードについて、グリッドパルス電圧を変えてアノード電流の変化を時々測定した。 こ の 結 果 を 図 1 に示す。 これは、パ ル ス 幅 が 約 0. 7 дs の長バルスの場合である。グ リ ッ ド • 力ソード間の直流バイアス電圧は 6 5 V で、 ヒーター電圧は定格の 6.

3 V である。電子銃の使用を閤始した昨年の 9 月 2 日には、 アノードの最大電流が ЗА以上あったものが、次第に減少して、終了 し た 今 年 の 8 月 1 日には、 1 А強まで低下した。それでも長パルスビームの場合は、通 常 使 用 す る ア ノ ー ド 電 流 が 1 0 0 m A 以下であるので、 この程度の力ソードの劣化は実用上全く問題にならない。
力ソードの劣化が問題となるのは、図 2 に 示 す 2 n s パルスの場合である。バイアス電圧、 ヒ— タ一電圧等の条件と測定日は長パルスの場合と同じである。前に述べたように、 この場合はグV ッドパルサ一の出力電圧が一定であるので、力ソードが劣化するとアノー ド電流が減少するため 、 トリスタンの衝突リングへの入射時間が増加する。 この時間をどの程度まで許すかによづて力ソードの寿命が決まる。 P F リニア•ックで2.

5 G e V まで加速された 2 n s の短パルスビー
ムは、 トリ スタ ンの入射蓄積リング ( A R ) に、通 常 2 O m A はど蓄積され、適当なエネルギーまで加速された後、主 リ ン グ （M R ) に入射される。 A R にこのビームを蓄積するのに要する時

間 は 、力ソードの使用開始時は数秒で、終 了 間 際 に は 1 0 秒ほどであった。 M R に所定の電流を蓄積す るのに 、 リニアックから A R に電子ビ ームを 4 回入射することを考慮に入れても、 M R への入射時間全体（
3 0 〜4 0 分 程 ） に占めるこの電子銃の使用時間はまだ問題にならないように思われ る 。 しかし、短時間で入射を終了し、かつ十分なアノード電流の領域で使用することが好ましいことを考慮すると 、P F 電子銃のオキサイド力ソ一ドは、 1 年程度で交換するのが妥当と考えられる 。 ただし、陽電子発生装置の電子銃のように、大電流を必要とする場合には、 この力ソードは寿命の点でまだ問題がある。

3 - 新ブレバンチヤ
今回は、ブレバンチヤのみの更新であるので、設計にあたつてはバンチヤとの接続を従来と同じにする事を、前提条件とした。 ただし、電子銃の高圧電圧を上げた場合に対応できるように、R F の位相速度を少し大きぐした。軌道解析は前回と同じくディスクモデルで行い、空間電荷及び空間高調波の効果も考慮した 2\ 軌 道 計 算 の 結 果 を 図 3 に、 またパ ラメ タ値 を表 14こ示す。入
出力力プラからの反射波が同位相になるのを避けるために、 キヤビティの総数を前回の 6 個から今 回 は 7 個に増やした。 これはカブラの調整を容易にするためである。 また、前回はキヤビティの共振周波数を合わせるのに、仮組をしたブレバンチヤにショートブランジヤを挿入して、 キヤビティ間の位相シフト量を測定し、その値に応じて、 スペーサの内径 2 b を加工する方法を採用した。 しかし、 この方法では、カブラの調整も同時に行う必要があるので、複雑になる上に収束
表 1

新プレバンチヤのパラメータ-)

0 P-—---— p1

ifldNIaР

2 a2 b

120.034
0.036

0.60.629.48

86.703340.038
0.040

28.80
28.15

86-37286.0715670.042
0.044
0.046

0_6
0.6
0.6
0.6
0.6

27.56
26,97

85.79385.526

1 Iг §

NO.

2I- .

3するまでに長時間を必要とする。そこで今回は、別に 作っ た供試体のデータからスペーサの 2 b寸法を精度良く決めてから、ディスクとスペーサ部分を製作し電鋳した。 したがって、 この時点でキヤビチィ間の位相シフト量はほぼ固定され、調整の必要な部分はカブラのみとなる。 なお、ディ スクと スペー サには O F НС銅を使用した。次 に 、 アイリス幅とブランジヤの突き出し長によって、カブラの結合度と共振周波数を調整した。 これは、 R F 測 定で ア イ リ ス 幅 の 目 標 値 安 1度では決められないため、 アイリス幅を少し広げては R F 測定をする作業の繰り返し〖こなる。力度では決められないため、 アイリス幅を少し広げては R F 測定をする作業の繰り返しになる。力ブラ部分の構造は複雑であるため精度の高い見積りが出来ず、かなり安全を見込んだ設計にせざるを得なかっつたのが実状である。従って調整を終了するまでにかなりの時間を要した。幸い、最 近 は 3 次元構造でも計算できるブ Пグラムが利用可能となったので、設計段階で寸法の見積り精度が格段に上がり、 これまでの状況がかなり改善されるものと期待される。
次に、最終状態で入力側から R F を入れて測定した V S W R とキヤビティ間の位相シフト量を示 す 。 V S W R は、使 用 す る 加 速 周 波 数 （2 8 5 6 M H z ) に 対応 する 2 8 5 5 ， 1 M H z 周辺
で、 V S W R は2 以 下 に な り 前 回 の 1 . 8 よりもかなり改善された。一 方 、位相シフト量の方 は 、 1 2 0 ± 8 度である。残留の反射とキヤビティ間のばらつきが影響しているものと考えら
れ る 。前 回 は 1 2 0 ± 1 . 5 度であつた。 これは入力側の残留反射をスタブで打ち消した状態で測定した値である。今回も同様な測定をしてから比較すべきであるが、 1 波長ずれたグルーブ間の位相差から判断すると、 キャビチイ間のばらつきを調整した前回の方が、位相差が揃っている。

14—~2852

図4!— ~ — 4------------------

2854
2856
2858
FREQUENCY (MHz)入力側からみた反射波

2855.1MHzが 2856MH2に対応する2860

図5キャビティ間の位祖シフ卜量

入力 側 か ら R F を入れ、 ショートプランジャ法で測定。番 号 は 表 1 のナンバーに対応する

最後に、新プレバンチヤを使招した場合のビーム集群効率であるが、正常時は電子銃のアノード電流の 6 7 % が 2.

5 G e V まで加速されている。 この集群効率と同様、 ビームのエネルギー幅についても、新旧のブレバンチヤで明らかな差は認められなかった。 また、 旧プレバンチヤの真空リークと、入力側がらみた R F の反射波が起動時と定常時で変動する問題も解決した。以上
で新プレバンチヤを製作した所期の目的は達成された。

REFERENCES
1 ) S.Ohsawa et al•,"A1terations in the System of the Electron Gunfor KEK e- Linac”Proc. 12th Linac Meeting, Toukai,1987，pl68.
2) A.Asami et al. , Proc. 4th Symp* Acc. Sci. and Tech,,1982,pl25.

Riken,