SPring-8 II へのSACLAからの直接入射	
理化学研究所	
大竹雄次、 スプリング８を代表して	SACLA	  	Booster	

Storage	  Ring	SACLAからSPring-8-IIリングへの電子ビームの入射	C	将来	

D	8GeV
Storage ring	

B	

A	Electron Beam	

XSBT	
SACLA	SSBT	8GeV Booster
synchrotron	
1GeV Linac	

新しい低エミッタンスリングではダイナミックアパチャーが狭いので、輝度の高い（低エミタンス）SACLAの電子ビームをリングへ直接入射することを想定している。	

入射システムの設計にあたって	目的	  SACLAレーザー運転と共存しつつ、SPring-­‐8	  II蓄積リングへビームを安定に入射できるシステムの構築。	  	  条件・要求性能	  -­‐ SACLAのレーザー性能を維持する。	  
-­‐ 0	  mAからの通常入射は10分程度で行う。	  
例えば、蓄積リングの総電荷量は約500	  nCの場合、100	  pC-­‐10	  Hzの入射で500	  secが必要になる。	  
-­‐ トップアップ入射時の入射効率99%以上にする。	  
蓄積電流100	  mA、ライフタイム10時間で、トップアップには13	  pC/sec必要である。	  リング入射時の電子ビームの条件	  XSBT,SSBTのビーム輸送に課せられるもの	
• 輸送でビームを落とさず入射する（ロスの低減）。	  
• エミタンスなどのビームの質を、SACLAからの出射とリングへの入射まで可能な限り維持する。	  
• リングの任意バケットへSACLAの単バンチビームを入れる事ができるようにする。リングの加速高周波とSACLAの加速高周波の同期が必要（タイミング同期）。	

入射効率を99%以上にするための条件（暫定）	
1

蓄積リングのダイナミックアパーチャ	

x= ±2mm 2
β

入射点の水平ベータが25	  mの時、最大許容入射ビーム振幅は±10	  mm.	
但し以下の余裕を考慮する必要がある。	  
• 入射点ベータが小さくなるかもしれない。	  
• 入射ビームベータミスマッチによる広がり。	  
• エネルギー拡がりと誤差に対する余裕。	  
• ダイナミックアパーチャ計算値や機器の設置誤差に対する余裕。	  
• セプタム壁設計に対する余裕。	  
• 入射ビーム軌道のふらつきに対する余裕（0.1	  mm程度）。	  	  	以上を勘案し、当面は目標入射ビーム振幅は最大値の1/3であるΔx<±	  3.3	  mmとする。	  	SACLAからリングまでのビーム品質劣化検討項目	  SACLA	XSBT	
300m	

電子バンチに	  影響を与える効果	

SSBT	
300m	

Ring	

-­‐	  Wakeﬁeld	  -­‐	  Space	  	  charge	  -­‐	  Incoherent	  synchrotron	  radiaRon	  (ISR)	  -­‐	  Coherent	  synchrotron	  radiaRon	  (CSR)	  -­‐	  Misalignment	  etc...	  

CSR:	  バンチ後方の電子が発したCSRが偏向磁石内で	  バンチ前方に影響を及ぼす	

偏向磁石	

電子バンチ	CSR	 θ c ≈ (1 γ ) ⋅ ( 2 ω c ω )1/3:	  criRcal	  angle	

入射時の損失低減ためのエミッタンスに対する要求	
セプタム壁を2	  mm、蓄積ビーム側余裕（セプタム長さに対し）0.2	  mm、入射ビーム側余裕（合流点）0.1	  mm、蓄積ビームエミッタンス150	  pm-­‐radを仮定。	
入射バンチ電荷量を100	  pC、蓄積ビームバンプ軌道の時間幅1μs、入射時にバンプ軌道を約500バンチ（125nC）が通過する条件で、	  １．蓄積ビームのロスを1	  pC以下に抑えるためには、1	  pC/125	  nC=8×10-­‐6以下の損失にしなければならない。セプタム壁に衝突することによる蓄積バンチのロスを1	  pC以下する
ためには −＞ビームサイズの片側で σ>4.32 までビームを通さなければならない。	  
2. 入射バンチのロスを0.1	  pC以下に抑えるためには、0.1	  pC/100	  pC=10-­‐3以下の損失にしなければならない。セプタム壁に衝突することによる入射ビームのロスを0.1	  pC以下にするには −＞ ビームサイズの片側で σ>3.1 までビームを通さなければならない。	  
X	  =	  3.3	  mm	  	入射ビームサイズはσx=0.118	  mm以下、蓄積ビーム	エミッタンスは562	  pm以下、6	  GeVで規格化エミッタンスは6.6	  mm-­‐mrad以下となる。	
0.265	  	セプタム	
入射ビーム	

0.2	  	2.0	0.1	  	 0.735	  	電子の電荷量・バンチ幅に対するエミッタンスの増加	
計算	

入射エミッタンスは100pm.radに保ちつつ、バンチ長と電荷量	  を変えた場合のEmicance	  growth（SACLA	  →	  Syダンプ）	

100pC/bunchの場合、	  バンチ長が100fsでも	  エミッタンスは２倍にも	  ならない	  バンチ幅の長くすることは、エミッタンスの悪化を防ぐためには有効である。	
エミタンスの増加原因は、	  マイクロバンチ構造、マイクロチャープ構造の影響の可能性 etc	  この事実を検証するためには	実験、解析の両者から検討の精度を高める必要がある。	

電子ビームの質を維持するための案	
尖塔電流を減らすことがビームのエミタンスの劣化を防ぐための処方箋であるとした場合。	

• SACLAにおける6	  GeV低ピーク電流バンチ生成する。	  
-­‐	  SBの1ユニットをoﬀにする（SACLAのバンチ圧縮を低減）。	  
-­‐	  RF位相を入射バンチに対して変える（SACLAのバンチ圧縮を低減）。
-­‐	  XSBT上流でR56を発生させバンチを伸ばす。	  
• XSBTの最適化	  -­‐	  CSRや自発放射の影響を最小にする。	  
-­‐	  R56を変えてバンチ長制御の自由度を増やす。	  
-­‐	  システマティックなエネルギー偏差に対する影響を最小にする。	

SPing8-II と SACLAのタイミング関係	
SACLA リニアックl 加速周波数は、79.3 MHz (79,333,320 Hz)の整数倍である. 5712MHz /72 = 79.3 MHzl 機器のトリガーパルスは、商用電源の周波数(60 Hz) と主リニアックの加速
周波数5712 MHzに同期している .
SPring-8 蓄積リングl 加速周波数は508.58 MHz. ビームの旋回周波数は208.78 kHz. 508.58
MHz / 2436 = 208.78 kHzl 整数関係が乏しい.なので、電子ビームの入射のたびに能動的に同期させるしかないので難しい。要求される入射の時間精度は1 ps in rms である.	

208.78	  kHz	208.78	  kHz	InjecRon	  bucket	  Rming	

SPing8-II と SACLAの入射タイミング同期	•••

現状で、リングとSACLAで独立にあるマスターオシレータを大きく変更無く同期するためには、両者に存在する10MHzの同期信号入力を使用するのが簡便である。１０ＭＨｚで両者を同期させ以下の手法で同期タイミング得る。
直接にSACLAのトリガーの基本周波数である79.3 MHz とSP8リングの旋回周波数である208.78 kHz (SP8) の位相を比較して、強制的にSACLAのマスターオシレータへの同期10MHzの位相を、ビームが入射出来るように合わせることを行う。
リングとリニアックの加速高周波の目標の電子ビーム入射位相は、ディジタ
ル的にリングのバケット番号と旋回周波数から計算で決める。

SACLA	 79.3	 MHz	 XSBTを使用しての予備的な実験	

• SACLAのビームを、XSBTを通してブースター・シンクロトロンのビームダンプへ導いた。	  
• その時に予備的にエミタンスをQスキャン法で測定した。	

SACLA	 振り分け電磁石からSyダンプまでの機器配置およびビームオプティクス	 
1.5

140

ηx1120ηy0.5
0100
80-0.5βx6040-1-1.5βy20-20-2.5
SACLA

040

Sy

XSBT

80
BH

120
BV

160
200
Path Length s [m]Q

Dispersion [m]Beta [m]

160

CHCV

240
SCM

280

320
13	 エミタンス測定用スクリーンモニター位置	

SCM-­‐19	ビームプロファイルの例	 1mm	  1mm	  BH4上流のスクリーン	  SCM19	  （YAG）	  XSBT	  の電子ビーム輸送によるエミッタンス増加の計測	  （2013年12月1日）	
• 	  SACLA出口の電荷量	  =	  (a)	  50,	  (b)	  75,	  (c)	  100pC。	  
• それぞれの規格化エミッタンス	  =	  (a)	  1.5,	  (b)	  2.0,	  (c)	  2.0	  mm.mrad。	  
（電荷量はBC1のenergy	  ﬁlterで調整、BC3下流（1.4GeV）で測定）	  • SACLA	  -­‐>	  XSBT	  -­‐>	  シンクロトロン・ビームダンプの順でビームを輸送。	  	  • エミッタンスは、XSBT上のSCM19（YAG）を用い、Q-­‐scanにはQF17を使用して測定。	  
RF	  Deﬂectorでのバンチプロファイル	

エミッタンス測定	

Tail	~	  0.58	  PS	Emicance	  growth?	
Head	CB01-­‐03をクレスト加速にしてバンチを伸ばす。	  
XSBTへのビームエネルギーは7.9	  GeV。	  まとめ	• SACLAからSPring-­‐8-­‐IIリングに入射するための検討事項を述べた。	  
• 電子のバンチ幅は、現状のSACLAの値より伸ばした方が良いことが計算から判り、その方策も今後の検討課題になった。	  
• 予備的にXSBTに電子ビームを通して電子ビームのエミタンスを測定した。XSBTの調整は最適化されていないながら、5〜11	  mmmradのエミタンス値がQ	  スキャン法で測定された。とんでもない事にはなっていないことが、予備的な実験で確認された。	  
• 今後は、今回述べた検討課題ほかを、XSBTでのビームを通す実験などで検証する形で、具体的な入射システムの設計を進めて行く予定である。