Proceedings of the 1st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japanand the 29th Linear Accelerator Meeting in Japan (August 4 - 6, 2004, Funabashi Japan)

DATA TAKING SYSYTEM OF THE RF MEASUREMENT AT KEK e-/e+
INJECTOR LINAC
H. Katagiri1, T. Takenaka, K. Nakao, T. Matsumoto, S. Michizono, Y. Yano, M. Yoshida, S. Fukuda
High Energy Accelerator Research Organization (KEK)
Oho 1-1, Tsukuba, Ibaraki, 305-0801
Abstract
KEK injector linac provides e-/e+ beam to four rings (PF, PF-AR, KEKB LER, KEKB HER) and the operation timeexceeds 7,000 hours a year. About 60 high-power klystrons are used for the beam acceleration and stable rf operation
is essential to the beam quality. In case of the serious troubles related to the total rf system (such as rf windows,
SLED's and accelerating structures), the quick failure-analysis is expected especially at the continuous injection mode
since January, 2004. Automatic data-taking is inevitable because of the large number of the klystrons and the limited
number of the human resource. In this report, some examples of the data-taking system are summarized.

KEK電子陽電子入射器のRFデータ収集
１．はじめに高エネルギー加速器研究機構の電子陽電子入射器
では、ビーム加速のために大電力クライストロン（2856MHz、最大50MW、繰り返し50pps）を約60台使用しKEKBリング（8GeV e- / 3.5GeV e+）、放射光 リ ン グ （ 2.5GeV e- ） 、 大 強 度 放 射 光 リ ン グ（2.5GeV e- ）に4種類のビームを供給している。
2004年1月よりKEKBリングへの連続入射が開始された[1]。これまで1時間毎に5分程度の入射を行っていたが、現在は連続的にビームを供給している。従来、入射の合間には入射器単独でのビーム調整や各種保守作業が行われてきた。高周波グループでも、高周波源維持管理のための統計データ収集、加速管を含めた高周波システムでのトラブル調査のための測定を適宜実施している。連続入射が開始されたことで空き時間が大幅に少なくなり、従来の作業方法を見直す必要が生じた。一方でビームを供給する時間が長くなり、高周波源にはより安定した運転が求められることとなった。
ビーム運転への影響を避け、効率よく測定作業を行うためデータ収集の自動化を進めている [2,3] 。こ
こでは、この内の幾つかの具体例について報告する。

た高周波は、SLEDによりパルス圧縮を受け、ハイブリッドカプラで分割、4台の加速管に供給される。
クライストロン出力部及びSLED下流側に設置されたベーテホールカプラで各々進行波と反射波を、4本中2番目の加速管出力部ダミーロード手前のベーテホールカプラで、加速管を通過した高周波をモニタすることができる。

図１：高周波源と加速管ユニットの構成

２． RF投入時の加速管真空悪化調査

現在電子陽電子入射器ではVXI（VME eXtensionfor Instrumentation）をベースとした計測システム[4]電子陽電子入射器は全長方向に沿って8つのセク により、大電力クライストロン、励振系の電力と位ターに区切られ、各デバイスの管理が行われている。 相の長期的な変動を監視しており、ビーム調整に役1つのセクターには基本的には8台の高周波源が設置 立てられている。しかし、この計測系は図２に示すされている。2003年12月にユニット3-2で高周波投 通り最大で2台の高周波源と励振系の信号、計8点をスイッチで切り替えて測定する構成であり、全ての入時に加速管の真空が悪化する現象が起きた。
図１に電子陽電子入射器の典型的な加速ユニット 信号を同時に取り込むことはできず、同一パルス内の構成を示す。大電力クライストロンから出力され での各信号の相関までは得られない。

2.1 RFシステム概要と調査内容

1

E-mail: hiroaki.katagiri@kek.jp263

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2.3 調査結果
調査期間中に真空の悪化が再現されず原因の特定には至らなかったが、この測定により高周波パルス波形には異常がないことが確認された。測定システ
ムについてはパルス電源のノイズによる誤動作が懸念されたが、特に問題は見られず安定に動作した。

３．VSWR インターロック調査
3.1 調査内容
図２：VXI ベース RF モニタシステム
この調査では、４Ch.デジタルオシロスコープを設置し、1)クライストロン出力進行波（図１のKLYPf）、2) クライストロン出力反射波（KLY Pb）、
3)SLED 出 力 反 射 波 （ SLED Pb） 、 4) 加 速 管 出 口（ACC Out）の各信号を観測することにした。
2.2 計測系の構成とプログラム開発

大電力クライストロン用パルス電源に組み込まれた VSWR メータにより、図１で示した高周波出力の進行波と反射波信号を常時監視、VSWR の演算が行われる。VSWR インターロックとは、大電力クライストロンを反射波から保護するため VSWRが設定値（通常1.40）を超えた場合にクライストロ
ン印加高電圧のトリガを遮断し、次のパルスまでに高周波出力を停止する機構である。電子陽電子入射器 で の 高 周 波 源 の ト リ ッ プ要因としては、このVSWR によるものが最も多いが、ユニット5-6で頻度が特に高かったため調査を実施した。

14:54

13:18

11:42

10:06

08:27

06:51

05:15

03:39

02:03

00:24

22:48

21:12

19:36

17:57

16:21

14:45

13:09

11:33

09:54

RF Power [arb.]

デジタルオシロは Tektronix 社 TDS420 を使用
し、ノート型 PC と GP-IB で接続、計測制御ソフ 3.2 計測系の構成
トウェア開発ツールである LabVIEW6i にて定期的LANインターフェースを装備したデジタルオシロ
又はプログラム画面操作時にデータを取得、保存す
スコープ、Tektronix
社 TDS3034B、TDS3014B をるルーチンを作成した。取り込むデータはオシロ画使用し、インターロックが作動し高周波出力が停止
面の TIFF 形式ハードコピー、各チャンネルの波形バイナリデータ、波形パラメータ測定機能により得 した際にオシロに保持されたデータを PC に取りられた振幅値である。波形バイナリデータ及び、振 込む。プログラム開発は2章と同様に LabVIEW で幅測定値はスプレッドシート形式で保存されるため、 行い、オシロ画面イメージ及び波形バイナリデータExcel で容易にグラフ化することができる。図３に を取り込み、それぞれ PNG 形式、Excel スプレッ
ドシート形式で保存する。この調査では大電力クラ得られた振幅測定値の履歴を示す。
イストロン用パルス電源の ON/OFF 情報を得る必0.45
要があり、パルス電源制御用の横河電機製 PLC と
0.40
ACC OutUDP/IP で通信し運転情報を取り込むことにした。
0.35
これには LabVIEW が標準で持つ UPD ソケット通0.30
信機能を利用した。
0.25
パルス電源は通常“Auto RF on” と呼ばれるモード0.20で稼動しており、トリップの要因がVSWR の場合
KLY Pf0.15
は一定時間経過後、自動的に高周波が投入される。
0.10
SLED Pb
KLY Pb
データ取り込みは、この待ち時間内に終了するため
0.05
手動での高周波再投入や測定系リセットの必要はな
0.00
い。ビーム運転に影響せずに、またオペレータや保守作業員に負担を掛けることなく調査を行うことがDate可能となった。
今回使用した LAN インターフェース付オシロス
図３：観測された波形と振幅測定値の履歴
コープには以下のような利点があると考えられる。
・ GP-IB などのインターフェースが不要
LabVIEW では作成したプログラム全体又は一部・ PC を現場におく必要がない分をサブVI と呼ばれる一種のサブルーチンとして・ Web ブラウザで表示・操作可能定義することができる。プログラムの中で同じルー
特に、この調査では複数のオシロスコープを離れたチンを何度も実行する場合にも有効であるが、他の場所に設置にする必要があり、GP-IB 接続で計測系プログラムからでも呼び出すことが可能なため、利を構成するのは困難であった。さらに、制御コマン用価値が高い。他の用途のプログラムでも使用する
ド自体は GP-IB の場合と基本的には変わらないたことを考慮して、計測器との I/O 部分を中心に幾め、既存のサブVI 等を流用し短時間でプログラムつかのサブVI を作成した。
を作成することができた。
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3.3 調査結果
当初は加速管からの反射があるものと推測され、大電力クライストロン出力部を中心に調査した。図４は VSWR によるトリップ時の波形データである。
クライストロン出力波形（KLY Pf）が歪み、SLED出力（SLED Pf）も影響を受けているのがわかる。
SLED Pf
図６：励振系ブロック図KLY PfKLY PfIφA PfKLY Pb
ドライブライン反射

KLY Pb

Unit5-1
IφA Pin

図４：クライストロン入出力、SLED出力波形
さらに、クライストロンの入力波形（IφA Pf、図６参照）でも同じタイミングで歪みが見られたため、IφA前後についても調査した。この段階ではKLY Pf
図７：励振系調査結果の位相も測定し、図５のように振幅だけでなく位相も大きく変わっていることが判明した。この影響をサブブースタ出力部では進行波（KLY Pf）には変受け、帯域の狭い加速管では反射が生じたものと推化がなく、大きな反射波(KLY Pb)が観測された。こ測 さ れ る 。 波 形 歪 み つ い て は 、IφA入力段（IφAのときドライブラインでは進行波、反射波ともにレPin）で既に発生していることから、その原因は更ベルが下がっていることから、サブブースタ出力直に上流側、サブブースタ出力もしくはドライブライ後の導波管変換部に問題があることが示唆された。
ンまで絞り込まれた。

４．まとめ
IφA PbIφA Pin
KLY PfKLY Pf（位相）

図５：クライストロン出力位相との相関
図６は大電力クライストロン励振系のブロックダイアグラムである。各セクターの先頭に設置されたサブブースタ・クライストロンからドライブラインを介し大電力クライストロンの入力高周波電力が供給される。この経路の途中で反射が発生していると考えられるため、サブブースタ・クライストロン出力部とドライブラインに挿入された方向性結合器の反射ポートを測定した。その結果を図７に示す。

報告した2種類の測定について、定期的なデータ収集及び異常時のデータ収集を自動化することで、効率が向上された。今後、他の測定への応用が期待される。また、ユニット5-6 の調査では VSWR によるトリップの原因がドライブラインにもあることが明らかになるなど、成果があった。
一方で、収集されたデータの管理、解析は手作業によるところが大きい。今後、蓄積されるデータ量が大幅に増加することが予想されるため、データベース化、データ解析の自動化が課題となっている。

参考文献[1] Y. Ogawa, “Present status of the KEK electron/positron
injector linac”, presented in this proceeding.
[2] K. Nakao, et al., “Results of High- Power klystron Dip Testin the KEK Linac”, presented in this proceeding.
[3] Y. Imai, et al., “Maintenance Activity of RF Source in KEK
Electron-Positron Linac”, presented in this proceeding.
[4] H. Katagiri, et al., “RF Monitoring System in the Injector
Linac”, Proceedings of the 7th international conference on
accelerator and large experimental physics control systems,
ICALEPCS’99, Trieste, Italy, 1999, pp. 69-71

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