Proceedings of the 20th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
August 29 - September 1, 2023, Funabashi

PASJ2023 FRP41

環境温度とビームAMBIENT TEMPERATURE AND BEAM矢野 喜治 ∗,A) , 明本 光生 A) , 荒川 大 A) , 片桐 広明 A) , 川村 真人 A) , 設楽 哲夫 A) ,中島 啓光 A) , 夏井 拓也 A) , 松下 英樹 A) , 松本 修二 A) , 松本 利広 A) , 三浦 孝子 A)
Yoshiharu Yano ∗,A) , Mitsuo Akemoto A) , Dai Arakawa A) , Hiroaki Katagiri A) , Masato Kawamura A) ,Tetsuo Shidara A) , Hiromitsu Nakajima A) , Takuya Natsui A) , Hideki Matsushita A) , Shuji Matsumoto A) ,Toshihiro Matsumoto A) , Takako Miura A)A)High Energy Accelerator Research Organization (KEK), 1 – 1 Oho, Tsukuba, Ibaraki, 305-0801

Abstract
KEK’s electron-positron injector began operation in 1982 as an electron injector for the PF ring. After repeated expansion
and modification, it is currently in operation as an injector for PF, PF-AR, and SuperKEKB. Various improvements have been
made to stably supply good quality beams. The temperature of the gallery where the power supply is installed is stabilized by theair conditioning system managed by the facility department. As the beam became more stable through various improvements,
it became impossible to ignore the effects of temperature fluctuations on the beam, which had not been an issue up until now.
It was found that the temperature change in the upstream part of the A sector has a great effect on the beam stabilization. We
report on the measures against temperature fluctuations in the upper sector of A sector.

1.

はじめに

2.

KEK の電子陽電子入射器は全長約 600 m の線形加速器で地上部（ギャラリー）と地下部（加速管室）に分かれている。加速管室には約 240 本の加速管と電磁石類が設置されている。ギャラリーには加速管に RF を供給する約 60 台のクライストロンとそのモジュレータ電源、電磁石電源と各種信号のモニターと制御のための機器類が設置されている。これらの機器は A セクターから C セクターおよび１セクターから 5 セクターまで、セクターと呼ばれる約 80m ごとの区画に分かれて設置されている。B セクターと C セクターの間にはアーク部がありビームはここで 180 度折返している。空間としてのギャラリーは連続しており B セクターと C セクターは 2 箇所の通路で繋がっている。天井の高さはアーク部ギャラリー（クライストロン組立ホール）が約 10 m、それ以外が約 5 m となっている。空調システ
ムはセクター毎に分かれておりセクターの中間部に空調機がありそこで取り入れた空気を機械室からの冷却水で冷やしダクトを介してセクター全体に分配している。ダクトの吹出し口は横 80 cm、縦 40 cm で設置間隔は約 5m である。尚、モジュレータ電源は約 10m 間隔で設置されている。その他の機器類はセクター全般に分散しているが、入射部（A セクター上流）、アーク部、陽電子ターゲット部などは熱源となる電磁石電源の設置数が多くなっている。そのため補助的なパッケージエアコンが増設されている。ギャラリーや機器の温度、クライストロンのパワー、ビーム強度など Linac の運転に関わるパラメーターは Control System Studio (CSS)
archiver で取得管理されている [1, 2]。

∗ yano@post.kek.jp

測定データー間の相関について２つのデーターの間に相関があるかどうかを判定す
る時にはそれらのデーターの散布図を描き相関係数を計算し相関の度合いを判定する。この方法はデーター間の相関の様子が一定ならば正しい判定結果を出す事が出来るが、時系列データーの場合には時間と共に相関の状態が変わってもそれを判定する事は出来ない。
時間と共に変わって行く相関を判定するために移動相関係数を導入する。これは移動平均と同じ様にある一定区間ごとの相関係数を区間をずらしながら求めたものである。本稿では様々な場所の温度の測定データーを扱っている。各温度データー間の相関を見るため相関係数を算出するが測定データーのばらつきや相関の変動を見るため 2 種類のグラフを描いた。
• データー間の移動相関係数の移動平均；– ある時間幅のデーターの相関係数を移動相関係数としその係数を移動平均したもの。
– データーにばらつきが大きい場合相関係数はほぼ０となる。
• 移動平均したデーター間の移動相関係数；– ある時間幅のデーターの移動平均値を元に移動相関係数を算出したもの。
– データーにばらつきがあっても移動平均したデーター間の相関は見る事が出来る。
移動相関係数を扱う場合は母数の取り方で相関係数の出方が異なるので注意が必要である。周期的な変動にランダムな変動が重なった２つの測定データーの移動平均、移動相関係数、移動平均の移動相関係数のグラ
フと散布図を Fig. 1 に示す。右側は周期的な変動に位相差がある場合のグラフである。周期的変動に位相差が無い場合とある場合の違いを見ると、移動相関係数の移動平均のグラフ（上から 3 番目）については変動幅の違いはあるが同じ様なグラフになっている。移動平均の移動相関係数のグラフ（上から 4 番目）では位相差が無い場合は常に１の値が続いているが、位相差- 951 -Proceedings of the 20th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
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PASJ2023 FRP41がある場合は正と負が周期的に現れる。さらに散布図もドーナツ状になっている。

Figure 1: Correlation coefficients and scatter plots for A andB.
Top graph ; A = (SIN(n/100)+1+RAND()/2)/3.
2nd graph(left) ; B = (SIN(n/100)+1+RAND()/2)/3.
2nd graph(right) ; B = (SIN(n/100+1)+1+RAND()/2)/3.
3rd graph(blue) ; Moving correlation coefficient of A and B.
3rd graph(red); Moving average of the correlation coefficientof A and B.
4th graph ; Moving correlation coefficient of the moving average of A and B.
5th graph ; Scatter plots for A and B.

3.

Figure 2: Correlation coefficients and scatter plots.
Left graph ; Correlation coefficient between outside temperature and gallery temperature.
Right graph ; Correlation coefficient between outside temperature and Temperature of emergency exit in laser hut.

温度変動とビーム

3.1 外気温と入射器内の温度
外気温とギャラリー温度、外気温とレーザーハット非常口の温度の移動相関係数と散布図を Fig.2 に示す。
外気温の変動幅が 20 ℃、ギャラリー温度の変動幅が 1℃、レーザーハット非常口の温度の変動幅が 0.5 ℃となっている。ギャラリー温度の変動は外気温のそれより 3 時間程度の遅れがあるが空調機の ON/OFF による10 分間隔の変動が影響して散布図では温度変動に位相差がある場合のドーナツ状の分布は見られない。レーザーハット非常口の温度の変動は外気温のそれより 4時間程度の遅れがあり散布図でドーナツ状の分布が見られる。

Figure 3: Correlation between gallery temperature and KLA1A.
Top graph ; A-Sector gallery temperature.
2nd graph(left) ; Power of KL-A1A.
2nd graph(right) ; Phase of KL-A1A.
3rd graph; Moving average of the correlation coefficient ofTemperature and KL-A1A.
4th graph ; Moving average of the correlation coefficient of
Temperature and KL-A1A.

3.2 ギャラリー温度と PF ビーム
ビームチャージ量の長期観測を続けているとギャラリー温度との相関が疑われたので 24 時間の変動と相関を調べた。ビームバンチャーの RF 源である KL-A1A のパワーとギャラリー温度の相関の様子を Fig.3 に示す。
以下に温度と電源パワー、ビームチャージ量、ビームの X 及び Y 方向の変動との相関のまとめを示す。
• KL-A1A のインバータ電源の温度と PF ビーム；– 電源パワーとの相関は負。

- 952 -– RF 位相との相関は正。
– ビームの X 方向の変動に相関無し。
– ビームの Y 方向の変動に相関無し。
• KL-A1A の電源パワーと PF ビーム；– ビームのチャージ量との相関は正。
– ビームの X 方向の変動に相関無し。
– ビームの Y 方向の変動に相関無し。

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PASJ2023 FRP41• HVST の温度と PF ビーム；– ビームのチャージ量との相関無し。
– ビームの X 方向の変動との相関は正。
– ビームの Y 方向の変動との相関は正。の増設が行われ空調機などが設置された後にマグネット、クライストロン、レーザーハットなどの増設が行われているが空調機の見直しと改修などは実施されていない。このため A セクター最上流のモジュレーター（KL-A1A）から空調機（M0-PAC-1）までの空間が狭く
3.3 ギャラリー温度とクライストロンパワー及びビーなっており空調機への空気の流れが阻害されているとム思われる。A セクターギャラリーの空気の流れを補助• KL-A1B のインバーター電源付近の温度変動が する目的でダクトファンを設置した。ダクトファンの5.6 ％（1.5 ℃/27 ℃）の時、KL-A1B の KEKB e-時の 設置場所と風向きを変更してギャラリーの温度変化をパワー変動は 0.54 ％（0.08/22.7）で相関関係は負、 観測した。その結果、ダクトファンの設置でギャラリーこの時の A セクター上流 BPM のチャージ量の変 の温度変動は抑えられるなど一定の効果は見られたが動は 3.3 ％（0.1/3.0）でパワーとの相関関係は負。 KL-A1A と KL-A1B のインバータ電源部の温度変化を• KL-A1A のインバーター電源付近の温度変動が 低減することは出来なかった。A セクター以外の空調
5.6 ％（1.5 ℃/27 ℃）の時、KL-A1A の PF 時のパ 機のダクトは壁側の天井に設置されており後側からモワー変動は 0.54 ％（0.08/22.7）で相関関係は負、こ ジュレーターや他の電源類に風の流れが起こるようにの時の A セクター上流 BPM のチャージ量の変動 なっている。M0-PAC-1 のダクトはモジュレーター前通は 5.0 ％（0.026/0.52）でパワーとの相関関係は正。 路の上部に設置されておりモジュレーター側と真下方• KL-A1A のインバーター電源付近の温度変動が 向への吹き出し口が付いているため空調機の風が直接5.6 ％（1.5 ℃/27 ℃）の時 A セクター上流 BPM の これらのインバーター電源にあたる状態になっている。
PF-AR のチャージ量の変動は 3.0 ％（0.015/0.52） そのためダクトファンによる空気の撹拌の影響は限定的であったと思われる。これらインバーター電源部ので相関関係は負。
• KL-A1A のインバーター電源付近の温度変動が 温度変動は外気温の変動の影響は受けていないがダク5.6 ％（1.5 ℃/27 ℃）の時 A セクター上流 BPM の トからの風の影響を強く受けて 10 分から 20 分の周期
KEKB e+ のチャージ量の変動は 0.8 ％（0.08/10.4） で 2 ℃程度変化している。これは空調機に使われている冷水の ON/OFF が影響しており今回設置したダクトで相関関係は負。
ファンによる空気の攪拌ではこれらの温度変動を抑えA セクターは電子銃、バンチャーなど機器が集中し 込む事は出来ない事が判明した。ておりビームエネルギーも低いため温度変動の影響を受けやすい。A セクターの温度変動幅は 1〜2 ℃と大き 5 . まとめ
くビームチャージ量の変化も 3〜5 ％と大きくなってい
Linac の各部の温度と機器やビームのパラメーターをる。基本的に一度落ちたビームのクォリティは良くな 観測する際、移動相関係数を導入する事で A セクターる事はなく、下流のビームトランスポートでビームロ の温度変動がビームに大きな影響を与えている事が分スを引き起こしてしまう。チャージ量と温度の間に相 かった。その温度変動を抑えるためにダクトファンを関があるという事は温度を安定化させればビームの安 導入し A セクターギャラリーの温度変動を低減出来る定化に寄与するという事である。他のセクターの温度 事が分かった。しかしビーム変動に大きな影響を及ぼ変動は１℃以内に収まっているので A セクターもこの している KL-A1A と KL-A1B の温度変動幅の低減は実程度に収める事が出来ないか検討が必要である。
現する事は出来なかった。今後は施設部との連携を強4.

ダクトファンによる空気の撹拌と各部の温度変化

全セクターの温度を観測すると温度変動のパターンからそれぞれの空調機が影響を及ぼしている範囲がわかる。それらは外気温のほぼ 3 時間遅れで温度が変化している。この変動幅は A セクターとクライストロン組立ホールが 1〜2 ℃、他のセクターは 1 ℃以下となっている。注目すべき事はビームに大きな影響を及ぼしている KL-A1A と KL-A1B の温度変動が複雑で大きい事である。これは機器の増設と空調機の増設のバランスが取れていないためと思われる。ABC セクター化し問題になっている場所の温度変動を低減することでビームの安定供給に貢献したい。

参考文献[1] Y. Yano et al., “TEMPERATURE MEASUREMENT SYSTEM OF KEK LINAC”, in Proceedings of the 3rd Annual
Meeting of Particle Accelerator Society of Japan, Sendai,Aug. 2-4, 2006, pp. 771–773.
[2] I. Satake et al., “IMPROVEMENT OF TEMPERATURE
AND HUMIDITY MEASUREMENT SYSTEM FOR KEK
INJECTOR LINAC”, in Proceedings of the 14th Annual
Meeting of Particle Accelerator Society of Japan, Sendai,Aug. 1-3, 2017, pp. 1161–1164.

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