Parameter management in KEK Linac
Takuya Kudou1,A), Shiro KusanoA), Kazuro FurukawaB), Masanori SatohB)
A)
Mitsubishi Electric System & Service Co., Ltd
2-8-8 Umezono, Tsukuba, Ibaraki, 305-0045
B)High Energy Accelerator Research Organization
1-1 Oho, Tsukuba, Ibaraki 305-0801
Abstract
The KEKB injector delivers the different kinds of beams to four independent storage rings (KEKB e-/ e+, PF, PFAR). The parameter management is a very important for the long-term stable beam operation. In this paper, we will
present Parameter management in detail.

KEK Linacにおけるパラメータ管理
１．はじめに２．制御系概要

KEK 電 子 ・ 陽 電 子 線 形 加 速 器 (KEK Linac) は 、KEKB(8 GeV電子/3.5 GeV陽電子)、PF(2.5 GeV電子)
KEK Linacの制御システムは、複数のUnix計算機
及びPF-AR(3 GeV電子)の4つの異なるリングへビー(HP Tru64 Unix) に よ る サ ー バ 計 算 機 部 、 多 様 なムを供給する入射器である。通常、PF及びPF-ARはフィールドバスを基本とした機器制御部(VME x27
1日2回の定時刻入射を行い、その他の時間は、常時台、PLC x約150台、CAMAC x11台)及びオペレータ
KEKB電子・陽電子リングへの連続入射を行っていインターフェイス部の3階層から構成されており、る。各リングへのビーム入射は、異なる質(電荷制御システムの標準モデルに準拠した物である。
量・エネルギーなど)のビームが要求されるため、大電力クライストロンシステムが設置されている
入射先のリング毎に、最適な入射器運転パラメータ
クライストロンギャラリー部に於いては、クライスへ切り替えて運転する事となる。これらの運転パラトロン電源の放つ強力な電磁パルスノイズの影響をメ ー タ に は 、 電 子 銃 高 電 圧 設 定 値 ・ 低 電 力 RF位避けるため、光ファイバー(10Base-FL, 100Base-FX)
相・電磁石磁場設定値及びタイミング設定値などがによるネットワーク接続方式を採用している。機器含まれ、切り替えを要するパラメータ総数は700点
制御部に於いては、機器毎に開発したクライアント以上に及んでいる。
/サーバ型プログラムを用いている。これは、また、室温、冷却水温変動、或いは高電圧設定値
TCP/UDP通信及びRemote procedure call (RPC)を基本の変更などに伴い、ビームに対するクライストロンとした独自開発のライブラリ群によって構築されて出力RF位相が変化すると、ビームのエネルギーゲいる。
インが変化し、ビーム輸送効率及びビーム入射効率の低減を招く事となる。この様な事態を避けるために、RFの基準位相を測定・設定するための定期的なフェージングを行っている。RF基準位相の掌握ひいてはビームエネルギーの厳密な管理は、安定なビーム運転を行う上で非常に重要となる。長期安定的なビーム運転を行うためには、これら数多くの入射器運転パラメータを厳密に管理する事が不可欠となる。
さらに、現在進行中の入射器アップグレードに於いては、入射器運転パラメータを高速且つ複雑に切り替える事による4リング同時入射を目指している[1]
ため、パラメータ管理の重要性が飛躍的に増大すると考えられる。本稿では、これら入射器パラメー
タ管理の現状・問題点及び改善策について詳述する。

1

図１：KEK Linac 制御系概要図
E-mail: kudoh@post.kek.jp

一方、KEKBなどのリング制御システムに於いて3.2 パラメータ設定パネル
は、近年の加速器制御に広く利用されているEPICS
KEK Linacでは、温度変動を始めとする種々の外が採用されている。リング制御システムとの親和性
乱に起因したビーム品質の劣化時などにビーム調整を高めるために、Linac制御システム及びEPICSシス[2]
テムのシームレス化が強く望まれていた。このため、 を行っている 。ビーム調整に於いては、RF位相、電磁石磁場、タイミングパラメータなどを主に調整
現在に於いては、すべての入射器パラメータはする。これらの膨大なパラメータを正確に管理する
EPICSレコード経由での設定・読み出しが可能とため、専用ソフトウェア（Linac Parameterパネル）なっている。また、リング制御システムと共通なを開発した。本ソフトウェアは、ユーザーが任意でアーカイバシステムを導入することにより、入射器保存したパラメータに加え、ビームモード切り替えパラメータ及びリングパラメータ間の相関調査が容毎に記録されるパラメータ、定期的（5分おき）に易となり、入射率低下時等の障害時に於ける効率的保存されるパラメータ等を統一的に取り扱うことがな原因究明・対処が可能となった。
可能である。さらに、本ソフトウェアは多数のオプションを選択可能であり、機器の設置場所や種類に３．パラメータ管理の現状よるパラメータ選択を、ビームモード毎に行うことが出来る。
3.1 ビームモードパラメータ
KEK Linacは、4つのリングへ異なる品質のビームを、異なる入射器パラメータ(ビームモード)を用いて供給している。ビームモードの切り替えにおいては、各機器のパラメータ再現性を高信頼性の基に実現する事が重要となる。現在、運転用ビームモード切り替えソフトウェアは、下記項目に関する設定を行っている。
♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦

ビームトランスポートラインの選択
電磁石の初期化
入射リング旋回周波数及び電子銃タイミングの同期
電子銃のパラメータ設定
陽電子ターゲットの操作
ビーム繰り返しの設定
RF位相の設定
電磁石磁場の設定
RFタイミングの設定(ビーム加速/待機モード）
ビーム位置モニタのデータ収集系制御
制御室での音声アナウンス

これらの項目はオペレータ判断の基、選択・非選択を容易に変更することや、変更状態の迅速な保存が可能である。上記リスト中、”設定”と記した項目に於いては、フィードバック制御などにより設定値が毎回異なるため、ビームモードを切り替える毎に、全てのパラメータを保存している。通常、直前の同一ビームモードにて使用したパラメータが適用されるが、耐障害性を高めるために、それ以前に保存したパラメータを、オペレータの判断で瞬時に読み出し・設定することも可能となっている。
ビームモード切り替え終了時には、切り替えるべきパラメータ値及び現設定値との差分が表示される。
これにより、計算機トラブル等によりパラメータ設定が正常動作しない場合に於いても、ビーム入射を行う前に発見・対処が可能となる。現在、KEKBの連続入射が行われているため、KEKB電子・陽電子モード間に於けるビームモード切り替え回数は、1日約500回に及んでいる。

図３：パラメータ設定パネル
3.3 フェージングパラメータ
KEK LinacのRFシステムは、約60台に及ぶ大電力クライストロンから構成されている。通常、クライストロンギャラリー内の室温・冷却水温変動などの環境変化や、クライストロン電源の印可高電圧値の変更などに起因し、加速RFの出力振幅及び位相ひいてはビームエネルギーが変動することとなる。このため、RFのクレスト位相を測定・把握し、その変動に合わせて調整（フェージング）を行うことが重要である。このため、フェージング用ソフトウェアを開発し[3]、ビームエネルギーが大きく劣化した場合やマシンスタディ時に測定を行っている。

図４：フェージング測定パネル

3.4 サブブースタークライストロン用タイミング信号最適化
タイミング信号は、室温の年較差などにより変動する場合が見受けられる。大電力クライストロンをドライブしているサブブースタークライストロンへのタイミング信号が変動した場合、サブブースター配下にある8台の全クライストロン出力に変動が生じる。このような事態を避けるため、定期的なサブブースター用タイミング測定を実施し、最適値への調整を行っている。本測定には、クライストロンフェージングと同等なソフトウェアを開発し、使用している。

度の間隔でフェージングを実施していたが、KEKBの連続入射運転開始以降、ビーム測定及びビーム調整を行う時間の確保が困難となっている。将来計画である4リング同時入射が実現すると、さらに測定時間の確保が困難となる。そのため、測定時間の短縮化や入射に使用しないビームをパルス的に選択し測定へ利用するなど、より高度な測定方法の検討を行っている。
4.3 ビームモードの増加

近頃、同時入射に向けたマシンスタディを実施する機会が増えたため、通常運転時と大きく異なるパラメータを用いて入射する機械が増大した。これらのパラメータが、通常運転用パラメータと混在し、４．パラメータ管理の課題・問題点ビーム入射に遅延を来す場合があった。
このような事態を避けるため、通常運転用のビー4.1 パラメータファイル数
ムモードとは独立したスタディモードを増設する事を検討している。これにより、通常運転用及びスタKEK Linacのパラメータは、ビームモード切り替え毎に、その全てが独立ファイルへ保存されている。 ディ用パラメータの明確な分離が可能となるが、ビームモード数が倍増し、より運転パラメータの管KEKBの連続入射により、ビームモード切り替え回理が複雑化する。
数が大幅に増加したため、保存されるパラメータファイル数も飛躍的に増大し、数ヶ月で数万のファ５．まとめイルが保存される事態となった。これらのファイルは、全て同一ディレクトリ配下に保存されていたた
KEK Linacでは、4つの異なるリングへビームを供め、ディスクパフォーマンスが著しく低下し、パラ給している。ビームを入射するリング毎に、700点メータ読み出しなど速度が低下することとなった。
以上のLinacパラメータを切り替える必要がある。
さらに、動作時にファイルリストを読み込むパラこれらのパラメータは、専用ソフトウェアによってメータ設定パネルがフリーズしてしまう不具合がた統一的に管理されている。
びたび発生した。このような障害を解消するために、 今後、高速ビームモード切り替えによる4リング動作時にはファイルリストを読み込まない様なソフ同時入射が実現すると、様々なパラメータの扱いがトウェア改修を行った。また、定期的に古いパラ複雑化する事となるが、さらに安定且つ効率的なメータファイルをバックアップ用ディレクトリへ移Linacビーム運転の実現を目指し、より高度なパラ動する対処を行っているが、より根本的な対策が必
メータ管理システム構築を進めて行く。
要である。秋からは、高パフォーマンスのネットワークディスク導入が予定されており、試験及び準参考文献備を進めている。
[1] 佐藤政則. “高速ビームモード切り替えのためのKEK 入 射 器 ア ッ プ グ レ ー ド 現 状 報 告 ”, these70000

proceedings.
[2] 花村幸篤. “KEK電子陽電子入射器における高品質ビー
ム 維 持 ”, Proceedings of the 29th Linear Accelerator
Meeting in Japan, Funabishi, Aug 4 - 6, 2004.
[3] 工藤拓弥. “KEK電子陽電子入射器におけるフェージン
グ シ ス テ ム の 開 発 ”, Proceedings of the 27th Linear
Accelerator Meeting in Japan, Kyoto, Aug 7 - 9, 2002.

60000
50000
40000
30000
20000
10000
01998

20002002

2004

20062008

図５：年毎のビームモード切り替え回数

4.2 フェージングの測定頻度
全クライストロンのフェージングには、測定途中に障害の無い理想的な場合に於いても、3時間程度を要する。以前のLinac運転形態に於いては、月に1