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)

STATUS OF ATF, 2004
H. Hayano1, and ATF Collaboration
High Energy Accelerator Research Organization (KEK)
1-1 Oho, Tsukuba, Ibaraki, 305-0801
Abstract
Accelerator Test Facility (ATF) has already achieved the vertical emittance of GLC specification. In order to make themulti-bunch emittance achievement, high quality multi-bunch beam from photo-cathode rf gun was employed. Themaximum allowable current was raised to 3 times more. From the study, it was found that the vacuum level of damping
ring is related to the achieved vertical emittance. The ring scrubbing with high current accumulation made tail bunch
emittance growth lower. We describe the status of multi-bunch emittance study together with the development status of
the various emittance monitors and beam position monitors.

A T Fの 現 状 20 0 4
１．はじめにResolution improvement of DR BPM

2003年秋からのATF運転では、リング蓄積電流が従来の許可電流70mAから210mAまで引き上げる事が認められたので、マルチバンチでの大電流蓄積の調整を行う事ができるようになった。２０バンチ、
１トレイン入射時には52mAにおいてバンチ強度がGLC仕様の強度であり、この時に正規化垂直方向エミッタンスは20nm以下を達成しなければならない。
その研究のために、52mA以上のシングルショットリング入射の調整が必要である。また、真空度改善のためのリング焼きだし運転では３トレイン入射を行い、150mA以上の蓄積電流を長時間維持する必要がある。シングルバンチにおけるGLC 仕様低エミッタンスビーム生成は2003年6月までの調整と測定により達成されているが、マルチバンチ時は低エミッタンスビーム生成はもちろん縦方向ビーム振動の原因解明をも目標にしてビーム開発が行われてきた。
その他にも、平行して低エミッタンスビームのための各種モニターの開発が多くのマシンタイムを費やして行われてきている。本報告ではダンピングリン
グでのシングルバンチおよびマルチバンチエミッタンス開発の状況、あわせて進められている先端的なエミッタンスモニター、ビーム位置モニターなどの開発状況を報告する。

Estimated Resolution [ µm]100101108

Improved circuit(estimated by calibration pulser)

1091010
Bunch Intensity [electrons/bunch]1011

図１：リングBPM回路のシングルショット分解能Y dispersion before BPM improvement (26Nov2002)
Y dispersion [mm]15.0
10.05.00.0-5.0-10.0-15.0

２．シングルバンチ低エミッタンスビーム
生成

Y dispersion [mm]15.0

ダンピングリング部のビーム位置モニター回路はシングルパスで測定できる必要性から分解能は従来のリング加速器ほど高分解能ではなかったが、全数高分解能型に置き換えられ、2003年春ぐらいから性能を発揮できるようになってきた。改造されたリングBPM回路のシングルショット分解能は、図１に示すように従来20µmだったものが2µmとなった。
1

Existing circuit(estimated by beam)

0204060
BPMnumber80

Y dispersion after BPM improvement (20May2003)

10.0
5.00.0-5.0-10.0-15.00204060
BPMnumber80

図２：Y方向ディスパージョンの改善

E-mail: hitoshi.hayano@kek.jp30100100

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)dY[micron]

この変更によりBBA測定が再現性よくかつ高精度になり、軌道調整、ディスパージョン補正、カップリング補正が高精度となった。図２および図３にディスパージョン補正の改善、カップリング補正の改善の１例を示す。リングの垂直方向のエミッタン
スは、これらの補正を施す事により再現よく従来の半分の値を生成できるようになった。レーザーワイ
ヤーの測定によるY方向エミッタンスは εyn=1.6x10-8rad.m（6.5pm ）と得られデザイン目標値（X方向エミッタンスの１％）の半分であり、これはGLC仕様の2.0x10-8 rad.mより小さい。レーザーワイヤーによるエミッタンス測定値を図４に示しておく。
200.0150.0
100.0
50.00.0-50.0-100.0-150.0-200.0

きるようになっており、バンチ強度の小さい場合は特別なエミッタンスグロースもなく一様に全投影エミッタンスと一致していてシングルバンチ時の値と矛盾はない。しかしながらバンチ強度がGLC仕様の7x109に近くなるにつれバンチトレイン後方のバンチの測定エミッタンスが大きくなるという現象が観測されている（図５参照）。また、マルチバンチ時には縦方向振動が発生し、バンチトレインの後方になるに従って振動振幅が大きくなるという現象も観測されている。これまでの経験から、マルチバンチ時のエミッタンスはリング内真空度に依存していると予想されたのでシミュレーションによるイオンの効果と比べてみると図６に示す様に計測エミッタンスの動向を再現している事がわかった。ただし、レーザーワイヤーは多数回周回ビームの投影エミッタンスを計測するので、個々のバンチのエミッタンスグ
ロースなのかイオンによる後続バンチの振動の投影なのかは判断できない。

dY by ZH2R 26Nov2002

020406080

100

Y_emittance(00mode, 1.6E9intensity)
Y_emittance(00mode, 3.7E9intensity)
Y_emittance(01mode, 6.3E9intensity)

200.0
150.0
100.0
50.0
0.0
-50.0
-100.0-150.0-200.0dY by ZH2R 20May2003

0204060
BPMnumber80100

図３：X方向キックからY方向へのカップリングの改善（上：従来のBPM回路、下：BPM改善後）

Vertical Emittance
8.0
y emittance (run B)
y emittance (run D)
simulation (0.4% coupling)y emittance [10 -12 ]7.0

Vertical Emittance of Multibunch

5.0 10-11

Vertical Emittance of each bunchdY[micron]

BPMnumber

6.3x109

4.0 10-11

3.0 10-11
3.7x109

2.0 10-11

1.0 10-11

GLC Design
1.6x1090

0.0 1005101520

Bunch Number

6.0

図５：マルチバンチの各バンチのYエミッタンス

5.0
4.0
3.0
2.00

2 109

4 109

6 109

8 109

1 1010bunch intensity [electrons/bunch]

図４：シングルバンチのY方向エミッタンス測定値

３．マルチバンチ低エミッタンスビーム生成
図６：ファーストイオン不安定性のシミュレー
ションによるYエミッタンス

レーザーワイヤーのエミッタンス測定においては全バンチの全投影計測の他、バンチ個々の計測もで31

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そこで150mAというATF では過去最大の電流によるリングの焼きだし運転を数日行い、積分蓄積電流量9.3A.hourによる真空度改善を試みた。キッカーマ
グネット部分の真空容器での真空度悪化の影響でリング内平均真空度は数値的には改善されなかったが、計測されたエミッタンスは図７に示すように図５のようなテールバンチのグロースは見られず、イオンの効果は改善されたかのような様子である。しかしながら、リングの状態を最良に保てなかったためエミッタンスの絶対値が２倍程度大きいので、それによるイオン効果の減少のためなのかどうかをシミュレーションにて検討している段階である。秋からの運転において、リングのエミッタンスチューニングが最良の状態での再測定を行う予定である。
Y emittance(1.32e9/bunch)Y emittance(2.88e9/bunch)Y emittance(4.07e9/bunch)Y emittance(5.49e9/bunch)Y emittance of each bunch

5 10-11

ATFの取り出しビームを使用しnmでのビーム位置制御の研究を行いリニアコライダーの衝突点でのビーム衝突維持制御を開発する計画が始まっている。
このためにはダンピングリングのビーム位置やエネルギーの安定化、取り出しキッカーの安定化、そしてnmを検出できるビーム位置モニター開発などが必要である。現在SLACと共同で行っているものは３台の空胴型ビーム位置モニターを高精度ムーバーで保持調整し、さらに高分解能回路によりnm分解能を実証するという研究である。現在までに装置の準備が完了し、最初のビーム試験が試みられておりデータは解析中である。また、トレイン内ビーム位置制御のための高速フィードバックシステムも開発中でありnm領域での位置制御の実現を目指している。

4 10-11

3 10-115.5x1094.1x1092.9x109

1 10-1100

1.3x109510

スリットターゲットからの回折放射光を利用した
ビームサイズモニターでの問題点はビームライン上流からビームとともにやってくるベンドマグネットやQマグネットによるSR光がバックグラウンドとして重なる事であった。このバックグランド光を小さな穴を開けたマスクにて遮蔽し、ビームのみ穴を通過させるという方式でかなり抑え込む事に成功した。
得られた放射パターンからはSR光との干渉パターンが消え去り理論計算ともよい一致が得られた。現在、得られている分解能は10μm程度とやや悪いのでS/N比の改善に努力をしているところである。

4.3 空胴型高分解能ビーム位置モニター

MB emittance after 9.3A.hour scrubbing

2 10-11

4.2 回折放射を用いたビームサイズモニ
ターの開発

1520

Bunch number

図７：焼きだし運転後のマルチバンチエミッタン

５．今後の課題と展望

ス

リング焼きだし運転による真空度改善によりマル
チバンチのエミッタンスはシングルバンチ時に近いところまで下げる事ができている。秋の運転では
GLCビーム強度 で の マ ル チ バ ン チ 低 エ ミ ッ タ ン スビ ー ム 生 成 を ま ず 最 初 に 行 う 予 定 で あ る 。 つ い で nm領域でのビーム位置制御の実現のため、リングビームの超安定化、取り出しダブルキッカーによる超安定取り出し、高速フィードバックによる超ビーム安定化の開発を行っていく予定である。

４．低エミッタンスビームモニターの開発
2003年秋から2004年夏までに改造などが行われ進展のあったモニターについてのみ簡単に報告する。

4.1 リング内ビームのX線SRモニターによる測定
X線を利用したSRモニターは、X方向45μm、Y方向7μmという測定値が得られているが、これから計算されるY方向エミッタンスはレーザーワイヤーやSR干渉計の結果より３倍ほど大きい。この問題を多方面から検討を重ね、実験を繰り返した結果、どれかの素子の機械的振動が原因ではないかとの結論に落ち着きそうである。今後は各素子の振動との相関測定をする一方高速シャッターを導入して対処できるように改造する予定である。さらにリアルタイムエミッタンスモニターとして使用できるように遠隔制御ソフトウェアも実働させる予定である。

６．謝辞
ATFの運転維持および開発研究はシフトに参加しビーム開発を担当してくださる皆様と、技術サポートをしてくださる（有）イーキューブ、（株）関東情報サービスの方々によって行なわれています。あらためてここに感謝致します。さらに、本著者は戸塚機構長、神谷加速器研究施設長、黒川加速器総主
幹、榎本加速器第３研究系主幹の方々およびGLC 計
画関連の方々のご理解とご指導に感謝致します。また、ここに報告しましたATFの研究開発が皆様の研究の一助になれば幸いと思います。

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