SuperKEKB入射器における陽電子用DCソレノイドの測量とBPM、ステアリングコイル設置
柿原和久（KEK）、荒⽊栄、岡安雄⼀、⽥中窓⾹、横⼭和枝、荒⽊⽥是夫、
諏訪⽥剛、肥後壽泰、紙⾕琢哉（ KEK ）
要旨

SuperKEKB ⼊射器の陽電⼦⽣成部周辺ビームライン上の機器構成は陽電⼦⽣成⽤タングステン標的、収束⽤のフラックスコンセントレータ、そして低エネルギー陽電⼦輸送⽤ DC ソレノイド 29台（全⻑約 15 m）とその内側に⼤⼝径 2 m 加速管 6 本である。2019年にはDCソレノイドの電流値を変化させることによりビーム軌道のずれが発⽣することが判明していた。また陽電⼦⽣成⽤
標的以降15 m以上の区間においてビーム位置及びプロファイルを知るためのモニターや軌道調整⽤の電磁⽯が無くビーム運転上の困難があった。これらを改善するために2020年8〜9⽉にDCソレ
ノイドの設置位置測量とBPM、ステアリングコイル各４台の設置を実施した。本会では可搬型三次元測定器（Faro ARM）やレーザートラッカー（Leica AT401）を⽤いて測定したビームライン上DCソレノイドの設置状態、及びソレノイド内に組み込んだBPM、ステアリングコイルの設置⽅
法・状況について報告する。
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SuperKEKB⼊射器の陽電⼦捕獲部周辺の機器配置と陽電⼦ビームの状況e-

図1 陽電⼦捕獲部周辺の機器配置

主な機器の配置（上流より）
・陽電⼦⽣成ターゲット タングステン製、直径 : φ3、⻑さ : 14 mm
・フラックスコンセントレータ（FC、パルスソレノイド）
・ブリッジコイル・⼤⼝径型Sバンド（LAS）加速管
内⼝径 : φ30、全⻑ : 2.2 m
・DCソレノイド
全29台
Type-L 外径 : φ590、内径 : φ260、全⻑ : 427 mm、0.3〜0.4T/15-unit
Type-S 外径 : φ590、内径 : φ200、全⻑ : 427 mm、0.4〜0.5T/16-unit
・スクリーンモニタ
・Qマグネット
図2 ソレノイド磁場変化時の陽電⼦ビーム位置
・ビームセパレータ 偏向電磁⽯で電⼦と陽電⼦を分離し陽電⼦のみを通す
・ステアリング
磁場（BL値）：0.0032 Tm@5A 2020年夏⽤電⼦捕獲部に４台設置
・BPM（ビーム位置モニタ） 2020年夏⽤電⼦捕獲部に４組設置 ＊WEP023 諏訪⽥⽒の発表参照
問題点と対応・SuperKEKBコミッショニング-3 直前の2020年2⽉、DCソレノイド磁場の変化に伴う陽電⼦ビームの変位が確認された。
・DCソレノイドのミスアライメントと構造上の磁場の不均⼀性が原因と考えられ、前者の調査を⾏った。

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DCソレノイドの測量
各DCソレノイドの設置状態を求めるための測定
・ソレノイドの上流側と下流側の円筒測定（各20点以上）と、共通する測定点と補助点を含む全ソレノイドの設置範囲をレーザートラッカーによる測量結果から基準となるビーム軸に対する設置状態を求めた。
・使⽤機器 :

可搬型三次元測定器
三次元測量機
解析ソフトウェア

Faro ARM（Fusion 10 fit）
Laser Tracker（Leica AT401）
Unified Spatial Metrology Network (USMN) ＜Spatial Analyzer (SA)＞・基準ビーム軸は16ユニット上下流に取り付けられている測量基準点を結ぶ直線をx⽅向に-400 mm、z⽅向に+420 mm
平⾏移動した直線。
・測定⽤補助点をソレノイドとユニット架台に各4点以上設けた ⇨ ソレノイドと架台の位置関係を把握
・Faro ARMの測定範囲はソレノイド3〜4台分。 全9箇所で測定。
・特にFaro ARMは機器操作時に⼒が加わるため設置状態が測定精度に⼤きく影響する。その対策として途中から三脚上部をユニット架台と連結したり脚と床の接触部付近をホットボンドで仮接着した。
・測定は30 ton を超える放射線遮蔽シールドの有り、無し、DCソレノイドの取り出し前、復元後に実施。

裏側にも取り付け
放射線遮蔽シールドz上流側
基準点xDCソレノイド
yAT401

DCソレノイド

Faro ARM

16ユニット測量
基準点(下流側)
図3 Faro ARM測定

図4 ソレノイドとユニット架台の補助点

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図5 レーザートラッカー測量

DCソレノイドの測量結果(mm)
1.00.80.60.40.20.0-0.2-0.4-0.6-0.8-1.0dx ⽔平dz 垂直dr 半径

残差0.66-0.61
PD_161_D

SL16_44_j
SL16_44_k

SL16_43_j
SL16_43_k

SL16_42_j
SL16_42_k

SL16-41_j
SL16-41_k

SL16-35_j
SL16-35_k

SL16-34_j
SL16-34_k

SL16-33_j
SL16-33_k

SL16-32_j
SL16-32_k

SL16-31_j
SL16-31_k

SL16-25_j
SL16-25_k

SL16-24_j
SL16-24_k

SL16-23_j
SL16-23_kSL16-22_j
SL16-22_k

SL16-21_j
SL16-21_k

SL16-15_j
SL16-15_k

SL16-14_j
SL16-14_k

SL16-13_j
SL16-13_k

SL16-12_j
SL16-12_k

PD_161_U

SL16-11_j
SL16-11_k

PD_15_D

SL15-25_j
SL15-25_k

SL15-24_j
SL15-24_k

SL15-23_j
SL15-23_k

SL15-22_j
SL15-22_k-0.97
SL15-21_j
SL15-21_k

SL15-15_j
SL15-15_k

SL15-14_j
SL15-14_k

SL15-13_j
SL15-13_k

SL15-12_j
SL15-12_k

SL15-11_j
SL15-11_k

FC_j
FC_k

PD_15_U

測定器側放射線シールドにより測定できず

図6 DCソレノイド円筒中⼼位置（加速ユニット測量基準から求めた設計値との残差、放射線シールドあり）(1) FaroARMによる円筒測定の結果をレーザートラッカー（LT）測量結果にUSMNを⽤いてフィットさせた結果が図6［ビーム基準との残差］(2) dx(max)は-0.97 mm（SL_16_41）(3) dz(max)は0.66 mm（SL_16_41 ）(4) dr(max)は0.17 mm（SL_15_24）

SL_16_34~SL_16_41を除くと±0.5 mmの範囲
他はSL_16_11を除き±0.5 mmの範囲
他はSL_15_21を除き±0.1 mmの範囲［設計値：直径490±0.25 mm］(5) 傾きは最⼤1.18 mrad（SL_16_41）(6) SL_16_34 ~ SL_16_41の数値が⼤きい原因として FaroARMの設置状態が影響している可能性⼤⇨ この場所を最初に測定し、その後三脚の固定⽅法を強化した（架台との連結、床⾯との仮接着）⇨ 復元後の差分（図12）が他より⼤きい≒復元後はdx、dz共 -0.25 ~ 0.04 mm
結論
ビーム試験により2 mmオフセンターのビームを通しても軌道のずれが発⽣しなかったことから、およそ±0.5 mmに設置されたDCソレノイドは軌道ずれの主な原因でないことが明らかとなった。

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DCソレノイドの取り出し、復元
対象
5、10、15、20台⽬の４台（加速管間）
設置状態 ソレノイドの⻑さ (A) は全て427 mmに対し加速管間距離は３通り
5台⽬(SL_15_15)

10台⽬(SL_15_25)

15台⽬(SL_16_15)

20台⽬(SL_16_25)

加速管間距離 (B) (mm)437

432407407

空間⼨法 (B)-(A) (mm)105-20-20

⽅法（取り出し）(1) 上流側（5台⽬）から順に取り出し(2) 5台⽬以外はソレノイドをビーム⽅向に動かし作業空間を確保（ソレノイドはLMガイドブロック４個に載っている（図8））(3) ビームダクトフランジ帝結開放（締結はチェーンクランプ：EVAC社製）(4) 加速管フランジとソレノイド間に保護シート挿⼊(5) LMガイドブロックに取り付けてある連結⾦具とソレノイドを分離(6) クレーン等で吊り上げ通路側に取り出し⽅法（復元）(1)下流側（20台⽬）から順に復元(2) LTで位置を確認しながらソレノイドを調整し連結⾦具を接続［調整箇所］(3) BPMの下流側ベローズを最⼤に伸ばして下流側フランジ締結(4) (3)のべローズを最⼩に縮める位置にソレノイドを移動(上流側空間確保)(5) BPMの上流側ベローズを最⼤に伸ばして上流側フランジ締結(6) LTで位置を確認しながらソレノイド位置を復元、その後加速管位置復元
BPM

図5 ソレノイド取り出し
LMガイドブロック
図7 ソレノイド取り出し

全⻑431 mm、上下流に作業に必要な伸縮量（-12/+8）を持つベローズを取り付けたベローズの仕様上、最も縮んだ状態で接続されている
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DCソレノイド内側へのBPM、空芯ステアリングコイルの取り付け
コイル固定金具 (A)BPM、空芯コイルの取り付け(1) アルミ合⾦（A5056）製の２分割サポートベース内⾯に各１個の空芯コイルを位置決め⾦具(A)、(B)により取り付け(2) ⽔平な⽯定盤上で円筒の両端⾯に設けた測量⽤ピン⽳（4個、等分）を基準として、BPMとの中⼼軸、⽔平合わせ(3) BPM、空芯コイルを取り付けた円筒を⼀体化(4) 測量補助基準⾦具を取り付けたままのソレノイドを⽯定盤上に精度良く取り付けた2本の軸の上にソレノイドを載せてLTによりビームライン設置時の⽔平状態を再現(5) LT2台を使って(4)と(3)の中⼼軸と⽔平⾯が⼀致するように位置調整⽤ボルト（上下流、各3本）で位置決め(6) 垂直⽤は90度回転させて取り付け

コイル固定金具 (B)

水準面

BPM

BPMサポート

BPM支持

空芯コイル
アライメント用
基準ピン穴（反対面共）

位置調整固定ボルト

円筒型サポートベース

BPM + 空芯コイル取り付け
作業中発⽣した問題 ＜どちらも設計に問題があった＞・サポートベースを回転させる機構がない ⇨ SUS304シート（0.1 mm厚）を位置調整ボルト先端に挟んで対応
・１台⽬時に位置調整ボルトを12.5Nmで締めるとサポートベースが変形（〜0.2 mm）⇨ 10 Nm（〜0.1 mm）に変更

取り付けアライメント結果
・円筒基準ピン⽳の⽔平とBPM基準⾯の傾きは0.1 mrad
・最終的にソレノイド中⼼軸とBPM中⼼軸の設置精度は±0.15 mm
サポートベース
BPM

LT⽤リフレクタ台座

定盤
回転軸

図8 BPMロール調整

図9 定盤上のソレノイドとBPM他

図10 最終調整時（サポートベース基準点測定）

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まとめ
DCソレノイドの設置状態(1) 陽電⼦捕獲部のDCソレノイドの磁場を変化させると陽電⼦ビームの軌道が最⼤3.8 mm変わることが2020年2⽉に確認されており、その原因がDCソレノイドのミスアライメントによるものかを確認するため、2020年7〜9⽉の⻑期保守期間にFaro ARMによる円筒測定とレーザートラッカー測量を⾏ない解析ソフトウェア（SA社USMN）で配置状態を確認した。
(2) ソレノイド位置測量と解析により、ビーム軸に対し上流から26台⽬（SL_16_41）の下流位置がdx(max)=0.97 mm、dz(max)=0.66 mmの残差と1.18 mradの傾きを持つ結果が出た。SL_16_34 ~ SL_16_41についてはFaroARMの設置状態改善により２回⽬以降のdx、dzが約0.2 mmに減少したことから、FaroARMの設置が不⼗分で誤差を多く含んだ結果であると判断した。
(3) 他のdxは全て±0.5 mm、dzは0.66 mmの１箇所を除き±0.5 mmの範囲に収まっていた。
(5)ビーム試験で2 mmオフセンターのビームを通しても軌道のずれが発⽣しなかったことから、ほぼ±0.5 mmに設置されたDCソレノイドは軌道ずれの主な原因でないことが明らかとなった。
DCソレノイド内側へのBPM、空芯コイル取り付け(1) 陽電⼦捕獲部にビーム軌道調整⽤の電磁⽯やビームモニターが無く運転上の困難があったため、 対策として陽電⼦捕獲部のDCソレノイド内４箇所にBPMと空芯コイルをそれぞれ取り付けた。
(2) BPMと空芯コイルはアルミ合⾦製の2分割サポートベースの内側に、さらにそのサポートベースをソレノイドの内側にレーザートラッカー2台を使って±0.15 mmの精度で設置した。
(4) アルミ合⾦製のサポートベースとソレノイドの位置決め固定は上下流側各3本のボルトで⾏なった。しかし固定時に12.5Nmでの締め付けたところ~0.2 mmの変形が確認できたため、最終的に締め付けトルクを10 Nm（変形量~0.1 mm）にして固定した。 回転⽅向の調整に苦労したことも含めて設計不⼗分な箇所があった。
(5) BPM、ステアリングコイルを設置したことにより陽電⼦の電荷量は⼊射器終端において1.3 nC/bunch（2020/7）
から3.0 nC/bunch（2021/7)に改善された。 ＊THOB04 榎本⽒の発表参照
DCソレノイドの復元(1) 事前に⽤意した作業治具が問題なく使⽤でき、ソレノイドの設置作業時のスライド量とベローズ⻑が適切であったことで、作業は順調に進めることができた。
(2) ソレノイドの復元時にもレーザートラッカーを使⽤し、極⼒元の状態に戻すようにアライメントを⾏なった。
(3) ソレノイド取り出し前と復元後の位置の差を±0.2 mmに収めることができた。
(4) 更なる設置精度の改善に対しては、15及び16の加速ユニット架台アライメントが考えられる。

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図8 ソレノイド復元後

図7 ソレノイド復元前

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