Proceedings o f the 23rd Linear Accelerator Meeting in Japan (September 16 - 18,1998, Tsukuba, Japan)〔F17p07〕

S tatu s of High-Power RF Sources in the KEKB 8GeV Linac
T. Matsumoto, S. Michizono, K. Nakao, S. Fukuda and S. Anami
High Energy Accelerator Research Organization (KEK)
1-1 Oho, Tsukuba, Ibaraki 305-0801, Japan

Abstract
An upgrade of high-power rf sources has been progressed at the PF 2.5GeV linac to increase theacceleration energy up to 8GeV required for the KEKB project. This report describes the present statusof high-power rf sources. Fifty-eight high-power klystrons are installed in the klystron gallery andconditioned for beam operation. The output power of these klystrons is evaluated from the beam current
and the statistics oi their performance are estimated. 8GeV acceleration of electron beam is successfully
achieved with the average output power of about 40MW.

KEKB 8GeV L in a c の 大 電 力 高 周 波 源 の 現 状
はじめに
K EK B 計 画 [1]により電子- 陽 電 子 入 射 器 で は 、電子を 8GeV まで加速させるために大電力高周波源の増強を進めてきた。K E K B で 使 用 さ れ る 5 8 台の新しく開発された大電カノくルスクライストロンE1は、平 均 41MW(最大 46MW)のピーク電力で運転される予定である。また高周波出力を増幅させるために、高周波パルス圧縮器(SLED)を採用している。

1997年秋までに、クライストロンのクライストロンギヤラ
リィへの設置は終了し、運転に向けてのコンディショニングも、ほぼ完了した。ビーム試験では、KEKB リング入射のために要求される 8G eV の電子ビームの加速に成功した[3L
今 回 、大電力クライストロンの状況(コンディショニング、達成された高周波出力等 )について報告する。

大電力クライス卜ロン
K EK B 計画による電子-陽電子入射器の大電力高周波 源 増 強 の た め に 、40MW クライストロン（
PV3030A3:三菱電機 ）、及 び 50MW クライストロン(PV3050:三菱電機 ；E3730:東 芝 ）の 開 発 を 行 っ て き た （図 1) 。これら
40MWお よび 50MWクライストロンの性能を表1に示す。
これらのクライストロンは、クライストロンテストホールにおいて受け入れ検査の後、ギャラリィでの安定かつ効率的な動作のために高圧試験を行う [4]。この時、全てのクライストロンについて水負荷を用いて 46MW の高周波出力を確認し、また高周波出力に対するビーム電流の関係を測定している。

図 1 :大電力クライストロン(左 ) 40MWクライストロン(PV3030A3:三 菱 電 機 )(右 ）50MWクライストロン(E3730:東 芝 ）表 1 : 大電力クライストロンの定格性能；（）は最大値40MW クライストロン
運転周波数 2, 856MHz±lMHz
ビ ー ム 電圧285(310)kV
319(362)A
ピーク電流40(50)MW
ピーク電力44%
効率50pps繰返し

50MW クライストロン
—>

315kV
370A
50MW— >—>

クライス卜ロンギャラリィ
1 ) 設置およびコンディショニング

IIo
一54

テストホ ー ル に おいて試験されたクライストロンアツセ

丨 11-ン プリは、クライストロンギャラリィ（新 設 部 の A 〜 C セクタ、

1!

'「ア!

効率50%；
ノ
効率45%,⑨’

丨丨 〇く_ - Z。 '; ' ノ - ---- -■—人:' 効率40%_

メ：，波出力（パルス幅 1 ms)で運転している。C - 7 は、P F リ；

-Z〇

…

ノ
0
3

—-ノ

EPFN=42:kVノ一^ --------------に 高 周 波 出 力 は 約 10MW に設定されている。また、5-8ノ— ノは ECS (Energy Compression System)に用いられ、ビーム加速には使用されてレヽなレヽ。
ギャ ラリィに設置されたクライストロ ン の コ ン デ ィショニ1◦ フ

加速勾配を上げるために、350kV印 加 し 60MWの高周
ン グ へ 入 射 す る 仮 電 子 銃 [5]が 取り付けられているため

1 1|-53

ロ ンの 内、2 セクタ先頭の 2- 1 は、陽電子生成部直後で104既 設 部 の 1 〜 5セクタ）に 設置され、実 際 の 運 転 に 向 けてのコンディショニングが 行われる。設置されたクライスト

1

三菱40MW
効率40%
効率45%
効率40%

丄

25260

1 L, 1

1 ■1 ■1, . 1

280

300

Beam c u r r e n ti,.

1!

1!

!

320
[A]

(atI

11I

340

360&FN=42kV)

ングは以下の手順で進められた。
⑴ 最 初 に PFN の 充 電 電 圧 (EPFN) を 25kV に設定し、

図 3:40MWクライストロンPFN 充 電 電 圧 42kV 時の 高 周 波

手動減衰器を用いてクラィストロンへ高周波を徐々出力とビーム電流の関係に入力する。この 時 SLED は離調した状態である。
⑵減衰が最小（700W 程 度 の 高 周 波 入 力 に 相 当 ）になった後、徐 々 に Epfnを 42kVまで上げていく。

効 率 45%を中心に分布していることがわかる。
同 じ EPFN(=42kV) でクライストロンのビーム電流がば⑶ EPFNが 42kV になったところでモジュレータ内のらついているのは、PFN の 調 整 に お い て SLED 運転用

P F N の調整を行い、SLED 運転用にクライストロン
印 加 電 圧 の 頂 上 平 坦 部 が 4//sになるようにする。
そ の 後 EPFNを 45kVまで上げていく。（
この時、Epfnに 印 加 電 圧 の 頂 上 平 坦 部 を 4//s確保するのを目標に
行 わ れ 、そ の た め に P F N のインピーダンスが個々で異に対するビーム電流の関係を測定する）なっているものが 2 台あるが、これらは P F N の再調整なったためである。図 3 ではビーム電流が 290A以下に⑷ EPFNを 25kV に戻し、SLED を同調した状態にしてによりビーム電流の増力！
]、そ れ に 伴 い 高 周 波 出 力 が 増コンディショニングを行う。
コンディショニングに際して、クライストロンや高周波窓大する可能性がある。の保護のため、真 空 の 悪 化 や VSWR1.4 以上の場合にはインターロックが働き、高周波が負荷側に出力されな50MW クライストロンの場合には、図 4 のようになる。
50MWクライストロンの場合、40MWクライストロンと比べて、効率が低めになって現れている。これは、50MWクいようにしてある。
コンディショニングに必要とした時間は、新規増設部とI
三菱50MW
東芝50MW― 効 率 50% -ニ _効率—
459f _- - 効率40%な っ た A 〜 C セクタにおいて 8 時間を 1 シフトとすると、
平 均 し て ⑴ に 17シフト、⑵ に 24シフト、⑶ に 23シフト、⑷ に 45シフト、合 計 で 109シフト（36 日）であった。

をもとにして見積もる。
クライストロンギャラリィにおいて、EPFNを 42kV に固定

.

X.
，___A

♦I

灸舍

つ，，,\ ン♦
EPFN=4?kV

した際のクライストロンのビーム電流と高周波出力の関1係とビーム電流より算出したクライストロンの効率の曲線を 図 3、4 に示す。効率はパービアンス 2.1//A/V3’2を用いて計算している。

40MW クライストロンは高周波出力41MW で効率が最大になるように集束電磁石の磁場が設定されている。
図 3 からわかるように、す べ て の 40MWクライストロンが-ゾ効率40%♦ 一 ♦，
義勢ノ

効率45%

X

ベX
53ンのビーム電流値を用いて、テストホールでの試験結果

o4

クライストロンギャラリィでの高周波出力は、クライストロd ja【 iJ J Q M O丨2 )高周波出力の評価

； ,X

効率50%

--z ,

I
26 0

28 0

3 00

Beam c u r r e n t

32 0
[A]

3 40

( a t EPFN=42kV)

図 4:50MWクライストロンPFN 充 電 電 圧 42kV時 の 高 周 波
出力とビーム電流の関係

36 0

ライストロンの集束電磁石等のパラメータが、高周波出力 46MWで最適化されているためと考えられる。

は 、コンディショニング中（C-5, -6) や 、VSW R が高い(5-5, -6) 等によりEPFNを下げたクライストロンがあったことが原因であり、今後のコンディショニングにより解決で8 G e V 加速 時 の パ ラ メー タきると思われる。

98 年 4 月からのビーム試験において、電 子 の 8GeV
加 速に成 功 し た 。加速に用いられたクライストロンの高周波出力 と EPFNを 図 5、6 に示す。

今後の計画
1)50pps 運転
これまでの運転は繰り返しが 25ppsであるが、4, 5 セ

D40MW _ 5 0 _クタで50pps運転を試験的に行った。今回の試験では、クライストロン、モジュレー タ 共 に 50pps運転において、問題なく動作した。現 在 、9 8 年 秋 か ら の 50pps運転に向けて、準備をすすめている。
2)A- 1 クライス卜ロンの変更

電 子 銃 直 後 の A -1 クライストロンを、2-1 と同様に加速勾配を上げるために 60MW 出力用に置き換える予定
でぁる。
Klystron

図5:電子ビーム8GeV加速時のクライストロン高周波出力
横軸 :設置場所 ;縦軸：高周 波 出 力 [MW]まとめ
電子-陽電子入射器では大電力高周波源の増強により、KEKB 用 電 子 ビ ー ム の 8GeV 加速が達成できた。カロ速に用いられたクライストロンの平均高周波出力は39.5MW であり、予定していた出力（41MW) より低めであったが、モジュレータ内の P F N 再 調 整 や 、パルス充

‘

4400
434
24
1
40.O
38383736.O
3534O

1O解決できると思われる。

.O

OwB l is

電電圧の増加等による今後のコンディショニングによりO.O

参考文献

O

[1]KEK B-factory Design Report June, 1995.

JO[2] S. Fukuda et al., “Design and evaluation of a compact

O.OO.OO.O

図6 :電子ビ ー ム 8GeV加速時のモ ジ ュレ ー タ ー 充電電圧
横軸 :設置場所 ;縦軸ソヽVレス充電電圧[kV]

OJO[3] N. Akasaka et al” “Commissioning of the KEKB 8-GeV e'/
3.5GeV e+ Injector Linac”，Stockholm, Sweden, 22-26 June,O

8 GeV 加 速 に は 、4-8、5-8 を除く 56 台のクライストロンが用いられた。こ の 時 C-5、C-6 は、コンデイショニン
グが終了しておらず、5-5、5-6 については、VSWRが高かったので、EPFNを下げて運転していた。また、1，2 セク
タでは、Epfnが低く設定されていたものが数台あった。この 8G eV 加速時におけるクライストロンの1台あたりの平均 出 力 は 、0 7 、2 -1 を除いて加速に用いられた 5 4 台
中、40MW クライストロンで40MW(26台平 均 ）、50MWクライストロンで39MW(28台 平 均 ) であった。54 台の平50MW rf sources of the PF linac for the KEKB project”，
Nucl. Instrum, and Meth. A368(1996) 561-571.O

均 出 力 は 39.5MWであった。

180度 偏 向 部 [1]を境にしてリニアック全体をA 、B セクタ部（1.5GeV加 速 部 ) と C 〜 5セクタ部(6.5GeV加速部 ) とに分けると、A 、B セクタ部では 1 台当 た り 42MW

(12 台 平 均 ) 、C 〜 5セクタ部では 39MW(42台平均)であった。C 〜 5 セクタ部の平均出力が低いことについて

1998[4] K. Nakao et al” “High Power Klystron Test in the new test
hall of the KEKB 8GeV Linac”，presented in this meeting.
[5] S. Ohsawa et al., 4<Vertical Injection Electron Gun System”,
Proceedings of the 22nd Linear Accelerator Meeting inJapan, Sept. 1997