Linac – PF Timing< kazuro.furukawa @ kek.jp >Linac と PF の同期の障害
PF-AR, SuperKEKB との関連
K. Furukawa

5 月 27 日、6 月 2 日、PF 入射時に Klystron Pulse 間隔 (正常時約20ms) が大きく変動し、特に KL_33, KL_44, 低速陽電子, などに影響を与えた。また、対策が PF-AR に影響した。
これまでの評価の例 (Aug.2010) と、最近の調査状況を示す。
Oct.2012 一部追記

Kazuro Furukawa, KEK, Jun.2012.

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Linac – PF Timing

PF-AR/PF Timing

Aug.2010 K.F

uPF-AR/PF も KEKB も独立に周長補正を行っており、また、Linac と PF-AR/PF の間に整数関係はないv状況は PF-AR / PF-Ring 間で似ているv同期は偶然の同期に頼っているuDamping Ring を通すと Beam 頻度が約 1/49 になるvLinac/DR の周波数を振らない場合

uPF-AR の周波数を入射の際に毎回同じ周波数に設定してもらった方が、同じ Bucket に安定して入れるためには好ましいvこれは可能との確認がされている
vKEKB と同じ 10MHz Reference を使うかどうかについては、
おそらくどちらでも良い
Kazuro Furukawa, KEK, Jun.2012.

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Linac – PF Timing

PF-AR の周波数履歴 (RFA:CCR:MOSC:FREAD)u温度のためか、蓄積毎に入射時から 50Hz ほど徐々に下がるu年間では 2kHz ほど変化する (4 x 10^-6)v200μs ほどの遅延が必要なので、最大 800ps=160deg 入射位相の調整が必要となる

Kazuro Furukawa, KEK, Jun.2012.

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Linac – PF Timing

KEKB の周波数履歴 (参考) (RF_MO:RB:FREQ)u変化は 200Hz 程度

Kazuro Furukawa, KEK, Jun.2012.

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Linac – PF Timing

PF Ring の場合の同期頻度 (参考)u114MHz (Linac, SH_A1_S1) と 1.6MHz (PF Revolution, 500.1/312) の同期頻度を Jitter 300ps で 2ms 以内で探すと、計算上は下の Graph 程度の頻度となるv現在の回路では Jitter 最大 300ps とすると 1/5 ぐらいしか捉えられない (Jitter
300ps 以下の信号もかなり落としている) が、頻度は充分

縦軸: 同期回数
横軸: 旋回周波数

Kazuro Furukawa, KEK, Jun.2012.

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Linac – PF Timing

PF-AR の場合の同期頻度u同様に 10.39MHz (Linac-KEKB-Common) と 0.8MHz (PF-AR Revolution,508.5/640) の同期頻度を Jitter 300ps で 2ms 以内で探すv現在の回路は 300ps (tail まで) で 1/5 ぐらいしか捉えられないので少し苦しいが、どうにかなるかも？もちろん Linac/DR の位相を振れば頻度を上げられる

縦軸: 同期回数
横軸: 旋回周波数

Kazuro Furukawa, KEK, Jun.2012.

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Linac – PF Timing

PF の周波数履歴 (参考)u地上のためか、変動が大きいu年間では 10kHz ほど変化する (2 x 10^-5)v1km 電子が移動する時間として最大 70ps=35deg 入射位相の調整が必要となる

Kazuro Furukawa, KEK, Jun.2012.

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Linac – PF Timing

その後uL-band の導入が確定し、RF-gun もそれに同期させることになってきて、再検討が必要であったが、概略 1/11 (10.39/114.24) の同期頻度低下だけで済むのではないかと想定していた。
u5 月 27 日に障害が起こったので、再度検討を始めた。

Kazuro Furukawa, KEK, Jun.2012.

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Linac – PF Timing

Linac と PF の入射時の同期
uLinac の Clockv2856MHz, 571.2MHz, 114.24MHz, 51.93MHzv共通周波数 10.39MHzuPF の Clockv500.1MHz (RF), 1.603MHz (Revolution)u双方の Clock の位相 Zero が偶然一致する Timing を探す
v発生源が異なるため完全に一致することは無いvJitter を許してその範囲内での一致を探す
v現在の回路は 300ps 以上vPF との約束は 700ps 以下
Kazuro Furukawa, KEK, Jun.2012.

9Linac – PF Timing

最近の PF の Clock の動き
u PF の Revolution Clockv 建物の温度変化、気圧変化、潮汐、などの影響で Ring の大きさが変化v それに合わせて、COD 維持の機構を通して Clock を制御するv 5/20 – 6/6 の Plotv ほぼ 10-5 の範囲v 5/27(日), 6/1(金),5/27
6/2(土) に変化大
6/2

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Linac – PF Timing

同期の禁止帯uClock が整数関係を持ってしまうと同期できな
い (発生源が異なる場合)
v同期 Jitter を大きく許すことである程度逃げられるuPF Revolution Clock と同期させていたのはv4 月までは 114.24MHzv5 月からは 10.39MHz

u同期の機会が 1/11 に減るがそれ以外にも禁止帯が増え条件が厳しくなるv機会が減れば、同期間隔 (20ms) の振らつきが大きくなる
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Linac – PF Timing

114MHz との同期
20ms+/-500μs
Jitter500 ps
10-4 範囲

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Linac – PF Timing

10.39MHz と PF の同期
20ms+/-500 μs
Jitter500 ps10-4 範囲

Kazuro Furukawa, KEK, Jun.2012.

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Linac – PF Timing

10.39MHz と PF/AR の同期
20ms+/-500 μs
Jitter500 ps10-4 範囲

Kazuro Furukawa, KEK, Jun.2012.

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Linac – PF Timing

暫定の対策u5 月 27 日は同期精度を ~300ps から ~450ps に悪化させ、同期頻度を上げて逃げたvその時点では平均頻度は十分だったので 50Hz の Noiseが同期回路に影響している状況を疑ったv同期回路の予備の精度を上げる改造を依頼 (~2 週間)v6 月 1 日も同じ対策をして、次週の Klystron が止められる際に、詳細を調査することにしたu6 月 2 日にさらに悪化したので、矢野氏に依頼して、まず 5x10-6 さらに 1x10-5 だけ Linac
Clock を下げて逃げたvこれによって Jitter が +/-3.5ms から +/-50μs まで改善
Kazuro Furukawa, KEK, Jun.2012.

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Linac – PF Timing

PF 同期u Linac 周波数の変更値 (6 月 2 日)v変更合計 571.197220MHz → 571.191220MHzu PF 周波数の可変範囲 (6 月 2 日)v変更前 500.1030MHz は問題なし
v変更前 500.1025MHz は共鳴 → 変更後おそらく500.0975MHz 以下が共鳴u PF 周波数の可変範囲 (Simulation)v500.1018MHz ~ 500.1028MHz が共鳴³ 10.39MHz 同期では存在するが、114.24MHz 同期では存在しないu PF の周波数情報vhttp://pfrdata.kek.jp/vPFRRF:R:MOSC:FREAD
Kazuro Furukawa, KEK, Jun.2012.

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Linac – PF Timing

PF-AR への影響uSeptum Timing の Delay 850μs を Linac
Clock で作っているため、9ns ほど Beam
Timing と Revolution Clock の関係がずれたvDelay を PF-AR の Clock で作ることにすれば問題は消えるが．．．(要検討)

Kazuro Furukawa, KEK, Jun.2012.

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Linac – PF Timing

PF-AR RF周波数(2007秋〜2011)	

2012/01/18 T. Obina	

508.570MHz	

2007	

2008	

2009	

2010	

2011	

2ヶ月�

10kHz	KEKB 運転停止�
地震�
コメント	

2007〜2010夏までは、年間20kHz程度の変化:508.57MHz±10kHz以内	

2010秋以降、変化が大きい（最大40kHz）	

マシンスタディ時には大きく変えることがある(最大で300kHz)	

Kazuro Furukawa, KEK, Jun.2012.

Linac – PF Timing低速陽電子
uMain Linac ABC Sector 部の Noise を逃げやすくするために、何らかの同期が必要
vAt Random だと稀に Noise を被ることになるuしかし、最近の Laser を用いた実験には 2ms のJitter が大きすぎるu5 月 28 日に Main Linac との同期を止め、PF/PF-AR との同期前の商用 50Hz を使用することにしたu秋からは 10ms 程度の Delay を入れて ABC
Sector の Noise を逃げるつもり (要検討)
Kazuro Furukawa, KEK, Jun.2012.

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Linac – PF Timing

SuperKEKB
u今回は Linac の Clock を変更して逃げたが、SuperKEKB では Linac の Clock はSuperKEKB と依存しあう。Linac の都合では変更できなくなる。
uいくつかの可能性はあるが、検討中。

Kazuro Furukawa, KEK, Jun.2012.

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