2002年８月７日

ライナック技術研究会

KEKBૣ子෩ૣ子ライナックの改造‫ב‬画紙਍

琢哉 (KEK)京૲KEKBKEKB入射ライナック
Injector Linac
Sector-B

Accelerationunit

RF modulator
Klystron
SLED (RF pulse compressor)
Accl. structures

Sector-A

e- Gunfor KEKB

180degARC
e- Gun for PF/AR

Sector-C

e+ generation target

Sector-1

Sector-2

Sector-3

PhotonFactory

Sector-4

Sector-5
KEKB
HER/LER

加速ユニット１台当りのエネルギーゲイン
加速ૣ界強度

21 MV/m

加速管੹さ1.928 m

160 MeV/unit

加速管本数（ユニット当り） 4 /unit

ビーム加速能力最大値
e- to HER:

(160 MeV/unit)(55 accl. units) = 8800 MeV

e+ to LER:

(160 MeV/unit)(29 accl. units) = 4640 MeV

e- to Target:(160 MeV/unit)(26 accl. units) = 4160 MeV

KEKB 入射ライナックビームパラメータ
ૣ子 (e-)

෩ૣ子 (e+)ビームエネルギー

8.0 GeV

3.5 GeV

ビームૣ荷量

1.0 nC/pulse

0.64 (1.2) nC/pulse

エミッタンス (normalized)

800 mm.mrad

2500 mm.mrad

エネルギー幅 (full width)

0.2 %

0.5 %

ビーム蓄積率

3.0 mA/sec

1.5 mA/sec (single bunch)
2.5 mA/sec (double bunch)

SuperKEKB でのライナック要改造項目
(1)

KEKB

SuperKEKB

ビームエネルギー (e-)

8.0 GeV----->

3.5 GeV(e+)

3.5 GeV----->

8.0 GeV !!

（エネルギーを逆転させるのは、ૣ子Άの影՝をちいさくするため）

෩ૣ子加速エネルギー 8 GeV化 !
(2)蓄積ૣ流June 2002

KEKB design

SuperKEKB(e-)

0.95 A --> 1.1 A ---> 9.4 A !!

(e+)

1.5 A --> 2.6 A --->

ビーム強度の増強 !

4.1 A !!

(3) ෩ૣ子のエミッタンスは今より小さくする[衝突点のध‫ב‬上の制約より]--->

e+ ダンピング・リング !

(4) 連続かつ e+/e- 同時入射を可能にする--->２バンチ運転で１つを෩ૣ子生成に、もう一つを入射用に使う早いキッカーで分ける !

(A) 加速ૣ界２倍化スキーム
BA

eGun
DampingRing

1.7-GeVJ-arc for e–E(e+)=1.0 GeV
Q(e+)=1.2nC

e+ targetC

1E(e–)=3.5 GeV,Q(e–)=10 nC
to target
Q(e–)=5 nC
for Injection234

5E(e+)=8.0 GeV,
Q(e+)=1.2 nC
HER

New C-band units

LER
E(e–)=3.5GeV,
Q(e–)=5 nC

24 台の加速ユニットを C-band に改造する(Eacc = 21 -> 42 MV/m)(Egain = 160 -> 320 MeV/unit)(max. e+ total Egain = 4640 -> 8640 MeV)
e+ ダンピングリングによりエミッタンス及びビームサイズを小さくして C-band 加速管の小さいアパーチャーでもロスしないようにする

Present S-band accelerator unit
Wave guideS-band SLED

Pulse
Modulator

40 MW
S-bandKlystronField = 21 MV/m
Beam

S-band Accelerating Structures

New C-band accelerator unit
Wave guide

Wave guideC-band LIPS1

C-band LIPS2

Pulse

40 MWPulse

40 MW

Modul-C-band

Modul-C-band

ator2

Klystron2

ator1

Klystron1

Field = 42 MV/m
Beam

C-band Accelerating Structures

SuperKEKB用 C-band 加速管のパラメータ
S-band (現在)

C-band unit

RF 周波数 (f)2856 MHz

5712 MHz

加速モード

2/3 p

2/3 p

シャントインピーダンス

57 MW/m

75 MW/m

Qファクター (Q)

13700

9700

開口径 (2a)24.3 ˜ 20.3 mm

14.0 ˜ 10. 6 mm

群速度 (vg)

0.012 c0.019 c

KLY からのRFパワー

41 MW 4 msec

2 x 40 MW 2 msec

RF圧縮でのパワー増倍率

3.4 with SLED

3.4 with LIPS

加速ૣ界強度 (E0)

21 MV/m

42 MV/m

C-band R & D 項目
クライストロン
Toshiba 50 MW C-band Klystron 入札済み
パルスモジュレーター (コンパクト型)
初期ध‫ב‬完了 -> １号機製作中
サブブースター
気象用 40 kW Klystron を 5712 MHz 用に改造予定
RF パルス圧縮器 (LIPS type TE038-mode)ध‫ב‬検討中加速管 (2p/3-mode, S-band のスケールダウンモデル)
初期ध‫ב‬完了 -> １号機製作中
導波管, RF 窓, フランジ, 3-dB ハイブリッド
ध‫ב‬検討中 -> ध‫ב‬完了次第、‫ݠ‬作予定
2003年春, ハイパワーテスト及びビーム加速テスト予定
モジュレーター１台 + クライストロン１台 + 1m-加速管

(B) ෩ૣ子ビーム還流スキーム
BAeGun1.5-GeVJ-arc1 for e–
J-arc2 for e+Damping
Ring

E(e+)=1.0 GeV
Q(e+)=1.2nC

e+ targetC

1E(e–)=3.5 GeV,
Q(e–)=10 nC
to target
Q(e–)=5 nC
for Injection234

5E(e+)=8.0 GeV,
Q(e+)=1.2 nC
HER
LER
E(e–)=3.5GeV,
Q(e–)=5 nC

RF源や加速管の改造は不要であるが、運転が複‫ܚ‬になる
次の RF パルスまでビームを待たせる e+ ダンピングリング 必要
e+ ビームリターン, e+用第２J-arc, ターゲットバイパスライン 必要--> 同じ RF pulse に異なる種์のビームを乗せて加速する(一次 e- と e+) (‫ژ‬エネ e+ と 低エネ e+)

ビーム強度の増強
e- ビーム強度
3.0 mA/sec --> 15.0 mA/sec(1 nC/pulse)(5 nC/pulse)すでに෩ૣ子生成用に 10 nC e- beam の実績あり
ビームの‫ޑ‬は悪いので入射バックグラウンドが問題

e+ ビーム強度
1.5 mA/sec --> 3.0 mA/sec(0.6 nC/pulse)(1.2 nC/pulse)（ダンピングリングがあると２バンチ入射は困難）
෩ૣ子収集系の改造
Flux Concentrator でエネルギーアクセプタンス拡大

連続入射スタディー

Belle測定器をＯＮにしたまま入射する෩ૣ子ૣ流を一定に保つことができる。
෩ૣ子入射のデッドタイムが無くなる。

e+/e- 同時入射を可能にするスキーム
2-Bunches Operation
1-st bunch -> e- Injection

1.0-GeV
DampingRing

2-nd bunch -> e+ production
BAeGunE(e+)=1.0 GeV
Q(e+)=1.2nC

1.7-GeVJ-arc for e–E(e+)=8.0 GeV,
Q(e+)=1.2 nC

e+ targetC

1E(e–)=3.5 GeV,
Q(e–)=5 nC@target234C-band units

5E(e–)=3.5GeV,
Q(e–)=5 nC

HER
LER

キッカーで第１バンチは෩ૣ子生成標的に、第２バンチは入射ラインに行くように分離させる。

まとめSuperKEKB の実現可能性検討の一環として、入射ライナックの改造についての検討を進めている。
(1) C-bandユニットによる加速ૣ界２倍化
C-band コンポーネントの R & D を進めている(2) ビーム還流スキーム（副案として検討）(3) ビーム強度の増強（e- ５倍、e+ 2倍）(4) 連続、e+/e- 入射を可能にする
２バンチ加速モード & キッカーによる分離