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)

CONSTRUCTION OF RF SYSTEM FOR STORAGE RING AT SAGA-LSA)

S. Koda1, Y. Iwasaki, K. Yoshida, Y. Takabayashi, T. Tomimasu , Y. Hirata, Y. NobusadaC)

B), T. Yoshiyuki, H.

D)

Suzuki , H. OhgakiA) Saga Light Source, Kyushu Synchrotron Light Reseach Center, 8-7Yayoigaoka Tosu, Saga, 841-0005
B) Toshiba Corporation, Industrial and Power Systems & Services Company, Isogo Nuclear Engineering Center, 8
Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama 235-8523
C) Toshiba Corporation, Industrial and Power Systems & Services Company, Kehin Product Operations, 2-4 Suehirocho, Tsurumi-ku, Yokohama, 230-0045
D)

Institute of Advanced Energy, Kyoto University, Gokanosho, Uji, Kyoto 611-0011

Abstract
Installation of an rf acceleration system for a storage ring was completed until the end of June 2004 at Saga Light
Source (SAGA-LS). The cavity resonator is of a HOM-dampud type, which was originally developed at KEK-PF. Thecavity was employed due to its simple structure and also its reliability. The aging of the cavity is in progress and the rf
power of about 40 kW, which corresponds to the nominal wall-loss power, has been filled into the cavity at this stage.

SAGA-LSにおける蓄積リングにおける蓄積リングRF系の建設における蓄積リング 系の建設
１．はじめに
現 在 佐 賀 県 が 鳥 栖 市 に お い て 放 射 光 施 設 SAGALIGHT SOURCE (SAGA‑LS)を建設中である。施設の加速器は入射用リニアック(MAX262MeV)と蓄積リング(1.4GeV)から成る[1]。現在、リニアック、蓄積リングの建設工事が並行して行われており今年秋には蓄積リングへの入射試験を予定している。
蓄積リングRF系の設置工事は、2004年5月12日に開始され、6月中旬にほぼ終了した。同月下旬より空胴のエージング作業を行っている。本報告では、蓄積リングRF系の概要及び、建設とエージングの状況について報告する。

た。
空胴のデザインパラメータを表１に示す。ＲＦ周波数、カプラー結合係数が若干異なることを除けば、基本的な空胴パラメータは既存のＰＦ型と同じ値[2]である。
表１ 空胴デザインパラメータ
RF Frequency
499.8 MHz7.68 MΩShunt impedance Rsh
RF Voltage Vc
500 kV
Unloaded Q
44000
Coupling coefficient β
2.03
Cavity diameter
464 mmCavity gap length
220 mmBeam duct diameter (SiC part)
140 mm２．RF空胴本施設においてはRF系建設運用の課題としてマンパワーと予算上の大きな制約があげられる。そのため空胴の新規開発は行わず、既に開発された、構造３．RF系負荷のシンプルかつ長期の安定運転の実績のあるRF空胴
空胴電圧はビームの放射損失、ビーム寿命の観点系を設置することとし、KEK‑PFと東大物性研が共同から 500kV と し た 。本施設では将来7T級の超伝導で開発したHOM damped cavity[2](以下PF型空胴)をウィグラーを最大2台設置することを検討している。
採用した。PF型空胴は、ビームダクトを広げることＲＦ系の負荷としては、空胴の壁損失、リング偏向によって空胴からダクトへのHOMの散逸を積極的電磁石での放射損失に加え、ウィグラーでの放射損に促し、SiCによって高調波を吸収する。このタイ失の寄与も無視できない。ウィグラー運転時においプの利点は、空胴本体に高次モード減衰のための複雑な機構が不要で運用が簡便かつ安定なことである。 ても500kVの空胴電圧を維持できるRF系が必要となる。施設の最大ＲＦ負荷条件として超伝導ウィグ
これは比較的大きな電流でかつ低エミッタンス運転
ラー2台運転した場合のRFパワーの見積もりを表２を行うSAGA-LSでは重要である。また本空胴は既にに示す。
KEK-PF4台[3]、ニュースバル1台[4]と計5台の運用
見積りにあたってはPF型空胴のshunt impedanceは実績があり現在も安定に運転されている。これらの実績値7MΩを使った。ビーム電流を300mAとした。
ことからＰＦ型空胴は本施設に適していると判断し
1

E-mail: koda@saga-ls.jp284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)

導波管等による伝送ロス他は10%を仮定した。また
超伝導ウィグラー内の放射損失を決めるためのウィグラーの磁場分布は、CAMDに設置された7T超伝導ウィグラー[5]をモデルとした。表2のRF全負荷の見積りから本施設RF系に必要なクライストロン出力を90kWとした。
表２
放射損失
ウィグラー
空胴壁損失
伝送ロス等(10%)
合計

ＲＦ系負荷
31.8 kW10.2 kW (5.1 kW×2)
35.7 kW
7.8 kW
85.5 kW

クアナライザーを用いて共振周波数での純抵抗とこれの半値に対応する周波数から求めた。その結果
Q=4.20×104であった。
シ ャ ン ト イ ン ピ ー ダ ン ス Rsh は 、 設 計 値 の（Rsh/Q）値と測定されたQ値から求めた。空胴運転時の空胴内壁温度を45度として運転時換算の値でRsh =7.03 MΩを得た。表１の設計値と概ね一致している。

６. 設置状況
現地におけるRF系設置工事は5月12日より開始され、クライストロン本体、クライストロン電源、ＲＦ低レベル系、真空制御盤、遠隔制御盤は蓄積リン
グ内周電源室に設置された。電源室の現状を図２に示す。

４．RF系構成
RF系のブロックダイアグラムを図１に示す。ク
ライストロン、高周波伝送系、空胴、低レベル系、制御系より構成される。フィードバックはマスター
信号-クライストロン間位相制御、空胴-チューナ間位相制御、空胴-マスター信号間の振幅制御の3系統より成っている。
LOW LEVEL CONTROLKLYSTRON TRANSPORT

蓄積リング遮蔽壁
クライストロン
高圧電源

クライストロン
E3774

サーキュレータ

CAVITY
空胴へ

PHASE SHIFTER
fromMASTER
OSILLATOR

DBM
TUNER
PHASE
DETECTOR

ダミーロードDUMMY
LOAD
CAVITYPICKUPNI Field POINTETERNET

PHASE
DETECTOR

蓄積リング電源室クライストロン設置状況

また空胴は、蓄積リング遮蔽トンネル内直線部ＬＳ７に設置された。図3に現在の空胴設置状況を示す。

ETERNETWINDOWS2000PERSONAL COMPUTER

図２

TUNER
MOTOR
CONTROLER

TUNER CONTORL

図１

RF系ブロックダイアグラム

クライストロンとしてはRF周波数が500MHz帯域で出力が90kW以上のものとしてPF[6],ニュースバル
[7]で実績のある東芝製E3774を採用した。
制御はナショナルインスルメンツ社のフィールド
ポイントを取り合いとして、Windows2000パーソナ
ルコンピュータ上で作動するLabViewのプログラムで行う。上流制御系との通信にはActiveXCAを用いる[8]。現在、制御系は開発中であり、現時点では遠隔制御として個別機器の基本的な制御が出来る段階にある。

５.

図３ 空胴設置状況

空胴高周波特性空胴Q値はローパワーRF信号を入力カプラー部に取り付けた同軸導波管変換器より入力しネットワー

７. 空胴エージング
サーキュレータの空胴側ポートに全反射板を設置し、285

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クライストロン出力をダミーロードで直接受ける状
態で90kW出力試験を行い、クライストロンの性能を確認した後、６月２１日から空胴のエージング作業を開始した。途中低レベル系試験のため一時的に作業を中断したが延べ約50時間のエージングによって、６月２３日には実効的な空胴投入パワーは40kWに到達した。エージングによる投入パワーの増大状況を図４に示す。この値は表２で示した壁面損失を上回る値であり、空胴自身の負荷としては、ほぼ定格のパワーを投入できる段階になったと考えられる。

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空洞FWDパワー(kW)40302010021222324DAY

参考文献[1] T. Tomimasu, et al. “The SAGA Synchrotron Light
Source in 2003”, Proceedings of the 2003 Paticle
Accelerator Conference, 902-904. 2003.
[2] T. Koseki, et al., “An RF Cavity for High-Brilliance
Synchrotoron Radiation Source”, Journal of the JapaneseSociety for Synchrotron Radiation Research, vol10, No1,
3-21, 1997

[3] M. Izawa, et al., “Operation of New RF Damped
Cavityes at the Photon Factory Storage Ring”,
Proccedings of the First Asian Particle Accelerator
Conference APAC98, KEK, 23-27, 1998
[4] A. Ando, “New SUBARU and Other Light Source
Projects in Japan”, Proccedings of the First AsianParticle Accelerator Conference APAC98, KEK,
645-649, 1998.
[5] V. M. Borovikov, et al., “Superconducting 7T Wiggler
for LSU CAMD”, Journal of Synchrotron Radiation,
Vol5, 440-442[6] M. Izawa et al., “Present Status of the Photon Factory
RF System”, KEK Preprint 2004-11 A[7] Y. Shoji, et al., “Operation of Crowbarless Power
Supply for Klystron at NEWSBARU”, Proceedingsof the 2001 Particle Accelerator Conference, 12191221, Chicago 2001
[8] H. Ogaki, et al., “Design of Control System for SAGA
Synchrotron Light Source”, Proceedings of the 2003
Paticle Accelerator Conference, 2387-2389 2003.

図４ エージングによる空胴進行波パワーの変化。
横軸は6月21日を原点に取っている(空胴からの反射波は最大で10数%であった)。

８．まとめ＆今後の課題
SAGA‑LSでは蓄積リングRF空胴として安定運転の実績のあるPF型空胴を採用した。RF系設置工事は終了し、現在空胴のエージングは、空胴の壁損失に相当するパワーを投入できる段階に達している。
今年秋の蓄積リングへのビーム入射蓄積試験に備え、引き続き空胴のエージングとRF系安定運転のスタディを進める予定である。またこれと並行し、遠隔制御系の開発を引き続き進め他制御系との連携を実現する予定である。

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