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

SPring-« 8G eV 蓄積リングにおけるバンチ電流値の測定
吉岡正倫 A)、大 島 隆 B)、大 端 通 B)、佐々木茂樹 B)A)ス プリ ングエイ卜 サ ー ビ ス 株式会社
〒6 7 8 -1 2 0 5 兵 庫 県 赤 穂 郡 上 郡 町 光 都 2-23-1
B)高 輝 度 光 科 学 研 究 セ ン タ ー 放 射 光 研 究 所〒679-5 1 9 8 兵 庫 県 佐 用 郡 三 日 月 町 光 都 1-1-1

概要
SPring-8 8G eV 蓄積リングでは、200 3 年 9 月から暫定的Top-up運転を計画している。定 電 流 Top-up運転を実施するためには、2436 個 の R F バケット全てのバンチ電流値を独立に測定し、設定した値より電流値の少ないR F バケッ
卜 に ビ ー ム を 追 加 入 射 し な く て は い け な い 。 そのためTektronix社 製 T D S 7404 オシロスコ ー プ と BPM(ビーム位置モニタ)用ボタン電極を使用した各R Fバケッ卜のバンチ電流値の測定モニタを整備した。バンチ電流値の測定方法及び測定結果について発表する。

1

はじめにる。また、時分割の測定を行っている放射光ユーザーから、バンチ電流値の最大値と最小値の差は、主バンチの電流値に対して、10%以内に収めるよう要請が出ている。そのためバンチ電流値の測定には、短 い 測 定 時 間 及 び 1%程度の精度が要求される。蓄積リングのシングルバンチのバンチ
電流値測定は、以 前 よ り Tektronix社 製 の TDS680Bオシロスコープを使用して GUI (グラフィカルユーザーインターフェース）から測定を行っていたが、1 つのバンチ電流値を測定するのに約 2 秒弱の時間がかかり、
蓄 積 リ ン グ 2436
個 の R F バケツ卜全てのバンチ電流値を測定するには1 時間以上かかり実用的でなかった。
今 回 フ ィ リ ン グ パ タ ー ン の 表 示 用 に Tektronix社製のTDS7404オシロスコープを購入した際に、これを利用して高速でデータの再現性の良い測定が出来ないか検討に入った。本稿では、バンチ電流値の測定方法と測定結果について述べる。

SPring-8は、第三世代の大型放射光施設で、1 9 9 7 年 10月の供用開始後から現在までに4 7 本のビームラインが建設され、物 質 科 学 • 地 球 科 学 • 生 命 科 学 • 環 境 科 学 • 産業
2 バンチ電流値測定方法利用などの研究に利用されている。
ユーザー運転で利用されている多くのフイリングパ夕
SPring-8蓄積リングには 1 セルあたり 6 ヶ所、全 周 で 276ーンのうち、 ライ フ 夕 イ ム が2 0 時間程度となるシングルヶ 所 に BPMがあるが、3 セ ル に あ る BPMの信号を以下の及びセべラルバンチの運転モードの期間は、1 日 2 回入射
3 通 り の 方法を使い Tektronix社 製 の TDS7404オシロスコとなる事から、入射終了後にモノクロメー夕などの光学系ープで、バンチ信号波形及びバンチ電流の時間変化を測定の温度変化による歪みの影響を少なくするために、光学系した。の熱負荷が一定になるまでユーザーの実験が中断される• 1 つのボ タ ン 電 極 の 信 号 を 直 接 測 定（
図 1 参照）
ことと、蓄積リングの蓄積電流値の減少に比べて、実際の• 4 つのボタン電極の信号を 180度 Hybridで合成して測実験に利用している孤立バンチの電流値の減少は遙かに定 （図 2 参照）
早いので、入射終了後、速やかにユーザーの実験が開始出• 4 つのボタン電極の信号を Power Combinerで合成して来るようにすることが望ましい。
測定 （図 3 参照）
これらを解決する方法としてTop~up運転による入射がオシロスコープは、外部卜リガモードで動作させている。
ある。Top~up運転は、挿入光源(ID)の Gap値やビームライトリガ信号として、蓄 積 リ ン グ RF基 準 信 号 508.58MHzをン(BL)の メインビームシャッターの開閉の状態に関係な
ハ ー モ ニ ク ス 数 2436で分周して、8Gev蓄積リングのビーく入射を行う方法である。その結果、ユーザーがビーム実ムの周回に同期した信号を作っている。オシロスコープは験中であってもビーム入射を行え、ビーム電流値をほぼ一制 御 用 VMEの GPIBカ ー ド 及 び LAN に接続されている。
定にすることが出来るので、光学系の熱負荷も一定になり、 ワークステーションから送られる GPIBコマンドによって、温度変化による歪みの影響も少なくすることが出来る。
オシロスコープの信号波形は LAN経 由 で NFSサーバに保SPring-8では、1 9 9 9 年 か ら Top-up運転の実現に向けた存される。サンプリングレートは 20GS/Sで、デ ー タ は 100
検討、装置の改良を行い、2 0 0 2 年中頃には、2 0 0 3 年秋か回平均を行う。データ長は蓄積リング一周分 4.8jus分で、
ら の 暫 定 的 T op-up入射のユーザー運転への導入という目
デ 一夕サイズはおよそ 4Mbyteである。保存されたデ一夕標が設定され、目標の達成に必要なハードおよびソフトウに対し、次式(1)の関数で重み付けによる補間を行う。補間
エアの設計、製作が進められてきた[1]イ2]。
後のバンチ波形はネガティブパルスなので（
図 6 参照 ） n
バンチ電流値を一定としたままの定電流T o p u p 運転をンチごとに最小値を取り出し、キャリブレーション処理•行うためには、蓄積リングへのビーム入射の前に2 4 3 6 個オフセツ卜処理を行う。の R F バケット全てのバンチ電流値を測定し、設定した値より電流値が少ないバケツ卜に追加入射を行う必要があ( 1)

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3 . 1 1 つの電極を直接測定
こ れ ら の 値 は 、G U I で 表 示 • 保 存 を 行 う よ う に し た 。
蓄 積 リ ン グ 2436 個 の RF バ ケ ツ 卜 全 て の バ ン チ 電 流 値 を測定するために必要な時間は約4 0 秒であった。

、
鄉MHi

一つの電極を直接測定した際のバンチ電流値と蓄積リ
ン グ の 蓄 積 電 流 値 を 図 5 に、測 定 時 の バ ン チ 波 形 を 図 6 に示 す 。 精 度 は 最 大 値 と 最 小 値 の 差 で '"4%であった。 これは一つのボタン電極を使用して測定している為、
ビ ー ム の 軌 道 変 化 の 影 響 に よ り 、バ ン チ 電流 値が 変化 して見えると考えられる。

i --------U肌Cemitr

入 射 間 隔 の 短 い 定 電 流 T o p iip 入 射を する 場合 のバ ンチm

電流値測定には適さない。

m i-F

cbl1

w sm

Osa^&mpt0T- B u n c h 1 c u rre n t(m A )Jbeam cE0

図 1 ：信 号 を 直 接 測 定 し た 際 の 構 成

図 5 : 1 つの電極 を直 接測 定
B u n c h d ir e c t o u t b y b o tto n 1

図 2 : 1 8 0 度 Hybrid を使用した構成

図 6 : 直 接測 定時 の バ ン チ 波 形

3バンチ電流値測定結果

バ ン チ 電 流 値 は 、ユ ー ザ ー が ビ ー ム 利 用 中 で フ イ リ ン グ
パタ ーン が 203bunches - (4bunches * 7 ) ( 注 ：等間隔の 203
バ ン チ バ ケ ツ 卜 の う ち 、等 間 隔 に 4 バ ン チ を 7 ヶ所間引いた フ イ リ ン グ パ タ ー ン 。総 バ ン チ 数 1 7 5 ) の 時 、22:00 の定時 入 射 を 挟 む よ う に 、 一 分 周 期 で 18:00 か ら 2 4 .0 0 まで測定した。

205bunclues-(4btmch*7>

3.2

4 つ の 電 極 を 180 度 Hybrid で合成

4 つ の 電 極 を 1 8 0 度 Hybrid(R&KHYB-3)で合成した際のバ ン チ 電 流 値 と 蓄 積 リ ン グ の 蓄 積 電 流 値 を 図 7 に示す。
B P M の 4 つ す ベ ての 電 極 か ら の 信 号 を Hybrid で合成してい る こ と に よ り 、 ビ ー ム の 軌 道 変 化 の 影 響 も 少 な く 、精度は 最 大 値 と 最 小 値 の 差 で ~ 0.5% と良好である。
t(m A ) j

I _- B - • SR 106/11/03》

q(Vuluaun3FHlCQ0 S10” 1.6102
Time(.s4ec1)0"63.210* 410*
図 4 : フイリングパターン（全 バ ン チ 数 175)

9:00:00

19:06:00

2:00

19:18:00

19:24:00

19:30:00

T lm e (H :M :S )図 7 : 4 つ の 電 極 を Hybrid で合成

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補 間 後のバ ンチ波形を図 8 に示す。帯 域 が 5MHzから1GHzの Hybridを使用しているため、高周波成分が力ットされている。そのため前後のバンチとの区別が困難であり、不連続のフイリングパターン時のバンチ電流値測定には適さない。

Bunch combiner out by botton 4

Bunch hybrid outbybotton 42.002 10 *2.004 10*
T izn e(sec )図 10 : Combiner使用時のバンチ波形[B u n c h 1 c u rre n t(m A ) | |R e la tio n b « tw « « n 2

BL25ID Gap p o s it lo n ( m m ) ▲n c u r r e n t a n d G a p p o s itio n

図 8 : Hybrid使用時のバンチ波形
3.3

4 つ の 電 極 を P ow er C o m b in erで 合 成

4 つ の 電 極 を 帯 域 が 10MHzか ら 2.5GHzの PowerCombiner(Mini-Circuits ZFSC-2-2500 2 Way~0。
)で合成して測定した際のバンチ電流値と蓄積リシグの蓄積電流値を
図 9 に示す。Hybridを使用した際より若干悪いが、精度は最大値と最小値の差で ~1 と良好である。
補間後のバンチ 波形を図 1 0 に示す。Hybrid使用時と違い前後バンチ前後の切り分けに問題はなさそうである。
蓄積リングの定時ビーム入射前後のバンチ電流値と蓄積リングのビームライン BL25IDの Gap値 を 図 11に示す。
22:10 の定時入射前後でバンチ電流値が減少しているように見える。ユーザービーム利用中の定時入射の前後には、全ビームラインの Gapが全開閉する。その際、シンクロナス位相が変化し 100平均の間にバンチのビームの幅が実効的に広がり、最小値が小さくなったと推定できる。 Top-up
運転時の蓄積リングへのビーム入射前後には、全ビームラインの Gapが同時に開閉するといったことは起こらないであろうから、バンチ電流値測定に与える影響は少ないと考える。

%

rt(mA)| [D

図 11 : バンチ電流値と ID Gap間隔の関係

4

まとめ

Tektronix社 製 の TDS7404オシロ スコープを使 用し、BPMの 4 つのボタン電極信号を Power Combinerで合成して測定することにより、バンチ電流値の精度も精度は最大値と最小値の差で ~1%と小さく、2436個 の RF バケツト全てのバンチ電流値を測定するための方法として、満足の行く結果を得た。
また、フイリングパターンが 203bunches - (4bunches * 7)の際に蓄積リング定時ビーム入射後、バンチ電流値を測定した結果、バンチ電流値の最大値と最小値の差は、主バンチの電流値に対して、5%前後といった結果も得られた。
定 電 流 Topup 運 転 の 最 低 入 射 間 隔 は 1 分周期が考えられ、バ ン チ 電 流 値 測 定 に 4 0 秒近くの時間がかかる現在の測定では、入射シーケンスに負担をかける可能性がある。
そのため今後、測 定 方 法 の 改 善 • ソフトの改良等により測定時間を短縮するつもりである。

5謝辞

外部トリガ用の信号を測定場所に整備するのに SPringj制御グループの方々にお願いしました。 この場をお借りして感謝いたします。

1J5Time(H:M:S)

図 9 : 4 つの電 極 を Combinerで合成

息

参考文献[1]田中均 、”SPringAにおける Top~up運 転 へ の 取 り 組 み 加速器編”、第 1 6 回日本放射光学会年会• 放射光科学合
同シンポジウム、姫路、2003年 1 月、 11C4
[2]木村洋昭、SPringAに お け る Topiip 運転への取り組み
利用系編”、 第 16 回日本放射光学会年会• 放射光科学
合同シンポジウム、姫路、2003年 1 月、 11C5