Proceedings of the 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
August 7-10, 2018, Nagaoka, Japan

PASJ2018 WEP084

SuperKEKB Phase-II でのダンピングリングビームモニターシステムの運転
BEAM INSTRUMENTATIONS OF POSITRON DAMPING RING AT SUPERKEKBPHASE-II OPERATION池田仁美#,A),B)，有永三洋 A)，石井仁 A)，岩渕周平 A)，手島昌己 A)，飛山真理 A),B)，福間均 A)，フラナガンジョン A),B)，
森健児 A)#,A),B)A)
A)
A), M.Arinaga , H.Ishii , S.Iwabuchi , M.TejimaA), M.TobiyamaA),B), H.FukumaA), J.W.FlanaganA),B),
H.IkedaK.MoriA)A)
High Energy Accelerator Research Organization (KEK)
B)The Graduate University for Advanced Science (SOKENDAI)

Abstract
We performed SuperKEKB Phase-II commissioning from March through July, 2018. Commissioning of the positron
dumping ring started prior to that of the main ring in February of the year. There are monitor systems such as beam
position monitor (BPM), synchrotron radiation monitor (SRM), beam loss monitor (LM), beam current monitor (DCCT)
and bunch feedback system (FB) in the dumping ring as well as a main ring. These systems worked smoothly each. In
this report, we introduce the outline and the operation situation of the dumping ring monitor system.

1.

はじめに

Table 1: Damping Ring Parameters
SuperKEKB は、7 GeV の電子リング（HER）と 4GeV
Parameterunitの陽電子リング（LER）から成る衝突型加速器で、KEKB
Energy1.1
GeVの 40 倍のルミノシティを目指して、2011 年に建設を開始
No. of bunch trains/ bunches
2/2
した。 2016 年 2 月から 6 月にかけて主リングの試験
per train
運転である Phase-I 運転を行い[1]、問題がないことを確Circumference
135.5m
認した後、Belle-II 検出器の据え付け及び入射部の改造を行い、2018 年 3 月から 7 月まで Phase-II 運転を行っ
Maximum stored current
12mAた[2]。デザインルミノシティを達成するためには、衝突点
Damping time (h/v/z)
11.5/11.7/5.8msでのビームサイズを nm レベルまで絞ることが必要である。
Emittance(h/v)
29.2/1.5nm
そのため LER に関しては、ダンピングリング（DR）を建設
Energy spread
0.055%
し陽電子のエミッタンスを小さくする[3,4]。今期の運転でBunch length
6.6mmの DR の主なパラメータは Table 1 の通りである。DR は、
Mom.
compactionfactor
0.01
Phase-II 運転に先立ち、2018 年 2 月初旬に調整を開始
1.0MV
Cavity voltage
した。 メインリング（MR）のコミッショニング開始前の約 1509MHz
か月で、入射路（LTR）から DR への入射、DR から出射
RF frequency路（RTL）への出射を含めた調整を行ったが、DR モニ
ターシステム調整は、入射開始時のタイミング調整、運Table 2: Beam Monitor in DR
転中のフィードバックも含めて順調に進めることができた。
DR のモニターシステムは、Table 2 に示される通り、SystemQuantity
MR のシステムに準じた設計になっている[5]。ビーム位
Beam position monitor
83
置モニターは、高さ 24 mm のアンテチェンバーの形に合Synchrotron radiation monitor
1
わせて 2 個一組の電極を上下に取り付け、全周に 84 個
Beam loss monitor
34
ある 4 極磁石のうち、場所の取り合いで不可能な 1 か所
Transverse
bunch
by
bunch
feedback
1を除いた 83 か所に設置した。放射光モニターには、出DCCT
1射路の直下流の偏向磁石からの可視光を使用し、トンネルに隣接して設けたモニター室で測定する。ロスモニ
Bunch current monitor
1
ターとしては、トンネル内をすべて網羅する様に取り付けたイオンチェンバーを使用する。DR 入射部から 1 周回ったところに、バンチフィードバックのためのモニターチェン 2.
ビーム位置モニター
バーとキッカーチェンバー、電流モニターのためのビーム位置モニター（BPM）には直径 6 mm のボタンDCCT チェンバーを用意した。以下の節でそれぞれのモ電極を使用している。断面積の小さなアンテチェンバー
ニターについて説明する。の形に合わせるため、Fig. 1 の様に 2 個の電極を組にし___________________________________________# hitomi.ikeda@kek.jpて 1 つのフランジに組み込み、チェンバーの上下に取り- 554 -

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付ける。検出回路は対数増幅器を内蔵した VME 18K11
L/R を使う[6]。
20φ690248φ8

Figure 1: BPM chamber.

タイミングを、任意分周器内で DR 周回に同期した信号に分周し、測定スタートタイミングとともに、BPM ステーションへ送信する。DR 運転開始前の準備として、各BPM ラックから電極までのケーブル長（～30 m）を TDRで測定し、入射点から BPM 設置位置までの距離による遅れとの合計が最大 200ns 程度に収まる様に、チャンネ
ル毎に 32 ch デジタルディレイで個別に設定した[7]。DR
入射が始まると、ファーストターンの前に、ステーション毎の遅れ信号をデジタルディレイモジュール（DG645）に設定するために、各ステーションの先頭の BPM からのビーム信号をオシロスコープで確認して、あらかじめベンチで測定しておいた 18K11 モジュールへの正しいタイミングに合わせた。その結果、入射開始後数時間で、DR ビームの周回が確認できた。
それぞれの BPM ブロックの取付け精度の確認のためには、FARO 3D-ARM[8]を使った測量を行い、Fig. 3 の結果を得ている。得られた結果は、あらかじめ EPICS
record に BPM のオフセットとして入力した。
運転開始後、位置情報の不自然な BPM が 1 か所あったが、これは、チェンバーの形状が通常と異なっており、特別な位置変換関数を使っていたところだが、仮定していたチェンバー形状が実際のものと比べて x-y 方向に 90度回転していたせいであることが分かり修正した。それ以外に問題は起きていない。

Figure 2: BPM timing.
BPM は全周にわたって設置されているが、ケーブル損失を低減するために、トンネルから電源棟へ上がる
ケーブル穴 4 か所の傍にそれぞれ VME ラックを組み込んだ制御ラックを設置し、20～21 台のデータをその場で変換し、ネットワークで中央へ送る。DR ではシングルターン毎に位置を測定するため、4 電極の信号は 4 ns 内に、83 台の全 BPM 信号は次の測定ターンの前までに測定が終わる様に、タイミングを合わせる必要がある。
Figure 2 が、タイミング信号の流れである。加速器全体のタイミングシステムから送られる、バンチに同期した入射Figure 3：BPM survey result.

3.

放射光モニター

放射光モニター（SRM）は、DR から入射器への出射路（RTL）が枝分かれした直後にある曲げ半径 3.14 m の偏向電磁石からの光を使用する。磁石から約 0.5 m 下流のベリリウム鏡で光を取り出し、トンネル床下のピットを通してトンネルに隣接する SRM 室まで伝送する。ビーム周回が十分長くなり、バンチ電流がある程度入射できるよう- 555 -Proceedings of the 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
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PASJ2018 WEP084になると、SRM 室で可視光が確認でき、各カメラへの光軸の調整を行った。Figure 4 の写真は、SRM 室から鏡を通して、発光点を見た時の様子で、最上流の鏡の中心部に放射光が見える。入射直後のバンチ形状は上流の入射器からのシミュレーション結果を見ると、Fig. 5 で示される通り、長手方向に偏りを持っているが、DR を周回するにつれて、ダンピングされて、Gaussian に近づく[9]。ストリークカメラで測定すると、Fig. 6 の様に入射直後から徐々にダンピングされて、遅くとも 20 ms 後には設計値の6.5 mm になっていることが分かる。ストリークカメラの測定精度は 1 ps なので 6.5 mm のバンチ長に対しては約 5%の測定精度である。Figure 7 は、ゲートカメラで測定した横方向のビームサイズである。絶対値の較正が出来ていないので、オフセットがあるが、これも 50 ms 後にはほぼダンプされていることが分かる。出射後の RTL でのワイヤースキャナーを使ったエミッタンス測定で推測されるビームサイズと比較するためにも、Phase-III で正確なサイズ較正を行いたい。

たため状況を調べたところ、出射セプタムの HV がオフになっているにも関わらず、バンチ電流が高い状態で 25Hz 入出射を行っていた。そのため出射部近くの SRM 室で放射線レベルが上がった。セプタム横の LM 信号はFig. 9 の 10 番にあたり、通常の 20 倍以上の値を出していたが、インターロックレベルよりも低かったため、6 分間運転が続いていた。この後、インターロックレベルを厳しくしたが、その後もセプタムへのトリガー抜け等が原因で、出射部付近のビームロスが大きくなることがあったた
め、セプタム両脇の直下流に 1 m のイオンチェンバーを追加して、インターロックを更に強化した。

Figure 4: Synchrotron radiation at damping ring.

Figure 5: Bunch shape of just after injection by simulation.
Figure 6: Measured bunch length after injection.

4.

ビームロスモニター

ビームロスモニター（LM）は、入射ビームが不安定になった時に、入射トリガーを停止してハードウェアの損傷を防ぐことを目的としており、全周に約 9 m の同軸ケーブルでできたイオンチェンバーを張り巡らしている。可能な場所はビームラインと同じ高さの壁に、場所の取り合いで難しい場合はケーブルラックに取り付けている。信号はMR と同じように 1 台 8 チャンネルの積分器に入力し、積分時間（0.1,0.3,1 ms）と倍率（×1,10,100,1000）で、インターロックレベルを調節する。Figure 8 の様にオンラインで各位置での信号をモニターすることが出来、入射調整に役立っている。DR コミッショニング中に SRM 室に付けた放射線モニターが発報した事例がある。測定値は中性子 15 µSv/h, γ線 12 µSv/h が数分続いた程度で、放射線管理区域としては問題ないが、想定外の事例だっ

Figure 7: Measured horizontal beam size after injection.

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6.

Figure 8: Distribution of output signal of beam loss
monitor.

フィードバックシステム

入出射機器のパルスの漏れによる不要なキックを受け、誘起される可能性がある振動を抑えるために、横方向個別バンチフィードバックシステムを導入した[10]。モニ
ターチェンバーには、MR と同じ電極を用い、位置検出には 2 GHz の位置検出回路を使用している。キッカーには長さ 40 cm の 4 本の電極が 45°配向しているストリップラインを用いる。縦横両方向に対して位相調整を行い、安定した振幅でベータトロン振動を励起出来ている。
バンチ電流モニターは SuperKEKB 主リング で使用
し て い る も の と 同 じ 検 出 回 路 VME ボ ー ド (Digitex18K10)を、内部ファームウェアを切り替えて用いる。安全のため、バンチ電流が一定以上入ると入射停止するシステムも導入している。ベータトロンチューン測定には、スペクトラムアナライザのトラッキングジェネレータ出力をダウンコンバートしてビームを励振し、電極出力を直接スペクトラムアナライザで観測するシステムを設置した。いずれも問題なく測定できている。

7.

まとめ

SuperKEKB DR のモニターシステムはすべて予定通りにインストールされ、調整を済ませた。DR 入射開始後は、必要なタイミング、位相調整、光軸調整を行った。い
くつかの手直しはあったが、順調に働いている。PhaseIII 運転での高い電流値に達する前に BPM のゲイン較
正、SRM の較正、LM のインターロックレベルの最適化等を行いたい。
Figure 9: Loss monitor signals at that moment of the alarmfrom the radiation monitor.

Figure 10: Beam current measurement by DCCT.

5.

電流モニター

電流モニターには、MR のものを再利用した DCCT コ
アと DR 用に変更した検出回路を使用している。200mAまで測定可能で、分解能は 30 µA となる。測定は 5kspsで行い、Fig. 10 で示す通り、運転時は常に電流値をモニターしている。安全のため、電流制限を 17 mA でかけており、これ以上になると、入射を停止する。運転開始時にオフセットを調整し、様子を見ていたところ、電流値がマイナスになっていることが分かった。これは、建設時にチェンバーを逆向きに設置してしまったことに起因する。
現在は、ソフトウェアで補正しているが、機会があればチェンバーを置きなおす予定である。

参考文献[1] Y.
Funakoshi,“BEAM COMMISSIONING
OFSuperKEKB”, Proceedings of IPAC2016, Busan, Korea
TUOBA01 (2016).
[2] Y. Ohnishi et al., “SuperKEKB フェーズ 2 におけるコミッショニングの成果”, 第 15 回日本加速器学会, 新潟県,
WEOLP01 (2018).
[3] M. Kikuchi et al., “DESIGN OF POSITRON DAMPING
RING FOR SUPER-KEKB”, Proceedings of IPAC’10,
Kyoto, Japan, TUPEB054 (2010).
[4] N. Iida et al., “BEAM DYNAMICS IN POSITRTONINJECTOR SYSTEMS FOR THE NEXT GENERATION
B-FACTORIES”, Proceedings of IPAC’11, San Sebastian,Spain, THYA01 (2011).
[5] H. Ikeda et al., “SuperKEKB ダンピングリングのモニターシステム”, 第 14 回日本加速器学会, 北海道, WEP090(2017).
[6] M. Tobiyama et al., “SuperKEKB ダンピングリング用ビーム位置モニタ”, 第 8 回日本加速器学会, つくば, MOPS080(2011).
[7] M. Tobiyama et al., “TURN-BY-TURN TIMINGSYSTEMS FOR SuperKEKB DAMPING RING POSITIONMONITORS”, Proceedings of IBIC’17, Michigan, USA,TUPCF09 (2017).
[8] https://www.faro.com/ja-jp/products/factorymetrology/faroarm/[9] N. Iida et al., “SuperKEKB の陽電子ダンピングリングの入出射路コミッショニング”, 第 15 回日本加速器学会, 新潟県, THOM04 (2018).
[10] M. Tobiyama et al., “SuperKEKB ダンピングリング用バン
チフィードバックシステムの建設”, 第 14 回日本加速器学会, 北海道, WEP088 (2017).

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