APPLICATION OF OPTICAL FIBER TO THE SENSOR FOR WIRESCANNER
Yoshiharu Yano#, Naoko Iida, Shinichiro Michizono
High Energy Accelerator Research Organization
Oho, Tsukuba, Ibaraki 305-0801 Japan

Abstract
The wire scanners(WSs) are installed in the KEKB injector linace(LINAC). We have measured the Twiss parametersof the beams using WS. WS consists of a 100-micrometer tungsten wire actuator and a photo-multiplier (PMT). LINAC
supplies the electron or positron of various energies in accordance with PF (2.5GeV), PF-AR (3GeV), KEKB_e(8GeV), and KEKB_e+ (3.5GeV). Because the optimal position of PMT changes with beam energies, it is installedaccording to main beams. Because the circumference of PMT is enclosed by the lead block in order to raise the signal tonoise ratio, it is difficult to move the position of PMT easily. We solved these weak points by using an optical fiber. We
report the result to which an optical fiber is applied as a sensor of WS.

ワイヤー・スキャナ用センサーへの光ファイバーの応用
1.

して光ファイバーを使用する場合の問題点などを検討した。

はじめに電子陽電子入射器（ LINAC ）は，合計 60 台の高周波ユニットで構成され，約 8 台ごとの“セクター”に区切れられている。にはワイヤースキャ
ナー (WS)が B セクター、C セクター、5 セクターの 3 箇所に設置されている。これらは運転時のビ－ムのエミッタンス及び Twiss パラメーターを測定するために用いられている。LINAC は PF(2.5GeV)、PF-AR(3GeV)、KEKB_e-(8GeV)、KEKB_e+(3.5GeV)にあわせて様々なエネルギーおよび電荷量の電子或は陽電子を供給している。WS のディテクターは光電子増倍管(PMT)を使用しており各ワイヤーの検出感度が高いところに設置されている。5 セクターは様々なエネルギーの粒子が通過するため KEKB_eビームに合わせた位置に PMT を設置していたが2010 年に KEKB の運転が停止したため現在は PFビームに合わせた位置に移動している。2014 年開始予定の SuperKEKB に向けて様々な改造が進んでいるが WS の増強も予定されている。現在運用中の
5 セクターの WS について PMT の最適な設置場所
を光ファイバーで調査した。また WS 用センサーと2.

ワイヤースキャナー(WS)2.1

ワイヤー駆動部と PMT

図 1 に示すように 5 セクターの WS は WS_51_4,
WS_54_2, WS_56_2, WS_57_2 の 4 つのワイヤー駆動部 と そ れ ぞ れ の 下 流 約 10m の 位 置 に PMT(E5996(R5990-U);浜松ホトニクス)が設置されている。

図 2 ： WS_56_2 & PMT-2

図１： 5 セクターの WS とパルス電磁石(BP_58_1)____________________________________________#

yoshiharu.yano@kek.jp

PMT は鉛ブロックでシールドされている。WS_51_4 の信号は BP_58_1 の上流側ダクトと QD,QF_58_4 上は PMT-1 、 WS_54_2 は PMT-2 、 WS_56_2 と 流端から 20cm 下流、カルテット四極の第一およびWS_57_2 については PMT-3 がディテクターになっ 第二電磁石の間に出ていることが分かった。しかし、ている。図 2 に WS_56_2 と PMT-2 の写真を示す。 この経路で敷設すると分岐ダクトのビームロスの影響を除くためのゲートが必要である。また、WS の
2.2 光ファイバービームロスモニター[1]信号の出る場所が分かったのでそのポイントを下流
MT(H10721;浜松フォトニクス) 2 個または 4 個を から覗くのが最も効率が良い。壁側に出ているビーNIM モジュールに組込んだものと大口径の純粋石英 ムロスの影響を避けるため第 3 スイッチヤードの光ファイバーを組合せたものが光ファイバービーム ケーブルラックから光ファイバー下し床を這わせロスモニター(OP-LSM)である。図 3 にモジュレー ビームロスに曝される場所は簡易なシールドを施しターを示す。コア径は用途に応じて 400 μm、600 QD,QF_58_4 の 下 流 側 か ら 引 き 込 ん だ 。 光 フ ァ イμm、800 μm を使用している。
バーは四極電磁石の中を通しダクトに密着させている。

図 3 ：光ファイバービームロスモニター
図 2 にある加速管上のケーブルはコア径 800μmの純粋石英光ファイバー心線である。
2.3WS 信号の調査

図 5 ： WS 用光ファイバー布設経路
AR ビームについて既存の PMT の信号と OP-LSMの信号を図 6 に示す。

PF-BT ラインへの分岐電磁石(BP_58_1)上流からカルテット四極電磁石(QD,QF_58_4)の下流域まで光ファイバーを敷設した。尚、光ファイバーは電磁石の中を通しダクトに密着させている。図 4 に敷設場所の写真と信号を示す。
分岐ダクトの中心から QD,QF_58_4 の上流端までは実測値で 7.0m である。図 4 の波形から WS_57_2

図 6 ：既存の PMT と OP-LSM の信号
AR ビームでそれぞれの信号を測定した。図 7 に既存の PMT と OP-LSM の場合の測定結果を示す。
C-wire は WS_56_2、D-wire は WS_57_2 を示す。図6 の信号の比較から予測される事ではあるが C-wireで明らかに S/N が良くなっているのが分かる。
図 4 ： WS 信号調査

ビームロスの影響を避けることが出来ない。ビームエネルギーも 2.5GeV と高いため簡単なシールドでは全く効果が無い。図 5 に示すような鉛シールドを施しても殆ど効果はなかった。

図 7 ： WS 測定結果@ARPF ビームについて既存の PMT の信号と OP-LSMの信号を図 8 に示す。

図 9 ：測定結果@PF

図 8 ： PF ビームの場合の信号
PF ビームの場合分岐ダクトでのビームロスがあるため WS の信号の前にかなり大きな信号が現れている。図 9 に既存の PMT と OP-LSM の場合の測定結果を示す。横軸は Wire 位置、縦軸が検出器の出力信号の大きさを示す。WS は、１台で３本の Wireをビームラインに挿入するため、３つの山が観測される。各山の幅がビームサイズに相当する。分岐ダクトの下流で壁とダクト間にケーブルを這わせると図 10 ：分岐ダクトでのビームロスを避ける布設
経路の写真

図 11 ：分岐ダクトでのビームロスを避ける布設経路

図 10、11 に示すように分岐ダクトでのビームロ 分かった。
スを避けるため BP_58_1 の上流で通路側に迂回した。
まとめ
さらに加速管を設置している床面と通路の段差部に 4.
ケーブルを這わせ QD,QF_58_4 の下流で立上げマグ
既存の WS のセンサーの置換えを検討した結果充ネット内部に敷設した。
分使用出来ることが分かった。センサーに PMT を使用する場合は設置場所に充分なスペースが必要であるが、光ファイバーの場合の利点は信号の出るポイントがマグネット内部であっても対応出来る事である。さらに設置と移動が非常に簡単に出来る事も大きなポイントである。加速管のフィールドエミッションの影響が少ないところでは複数のワイヤーに対して 1 本の光ファイバーで対応出来る。オシロス
コープで波形データーを取り込み信号のある区間のみ積分れば効率の良いデーター収集が出来る。
今後は光ファイバーの特徴を生かした WS のシステムを構築して行きたい。

参考文献[1] Y. Yano, et al., “光ファイバービームロスモニターの開 発 ” Proceedings 8th Annual Meeting of Particle
Accelerator Society of Japan, Tsukuba, August 1-3, 2011[2] N.Iida, et al., "RECENT PROGRESS OF WIRE SCANNER
SYSTEMS FOR THE KEKB INJECTOR LINAC AND BEAM
TRANSPORT LINES" Proceedings of EPAC 2000, Vienna,Austria, June, 2000

図 12 ：既存の PMT と OP-LSM(1), (2)の信号
ここで、OP-LSM(1)は QD,QF_58_4 に布設したもので、OP-LSM(2)は BP_58_1 の上流側ダクト部に布設したものである。これらの信号を比較すると Cwire は OP-LSM(2)、D-wire は OP-LSM(1)をセンサーとして使用するのが良い。
A-wire、B-wire に最適な光ファイバーの設置場所を探すために、5 セクター全体に光ファイバーを敷設し上流側から観測しワイヤーを入れた時に信号の出る場所を探した。しかし 5 セクターの加速管はフィールドエミッションが多いためそのノイズに隠れて信号が確認出来なかった。各ワイヤーに対応した場所に設置された PMT の前後を含んだ場所に光ファイバーを敷設し WS による信号を確認した。
A-wire に は AC_54_3 〜 AC_55_4 、 B-wire に は
AC_55_5〜QD,QF_56_4 に敷設するのが良いことが