Construc)on	  Status	  of	  the	  Damping	  Ring	  and	  	  the	  Beam	  Transport	  Lines	  	  The	  new	  HER	  Abort	  System	
5/Mar/2013	  18th	  SuperKEKB	  Review	  Commi<ee	  Naoko	  Iida	
Google	  earth	Contents	• ConstrucGon	  status	  	  – Damping	  ring	  (DR)	  – Beam	  transport	  lines	  (BTs)	  • 2nd	  switching	  yard	  (SY2)	  • 3rd	  switching	  yard	  (SY3)	  – Milestones	  of	  DR,	  LTR,	  and	  RTL	  • The	  new	  HER	  abort	  system	  – Abort	  system	  uGlizing	  DC	  sextupoles	  – ConstrucGon	  of	  Abort	  system	  ConstrucGon	  status	  	  of	  	  the	  Damping	  Ring	  and	  	  the	  Beam	  Transport	  lines	  Plain	  view	  of	  DR	Damping	  Ring	e+	  beam	

LTR	  Safety	  fence	

SY2	Machine	  building	

Safety	  fence	

Power	  supply	  building	

RTL	DR	  under	  construcGon	  on	  18/Dec/2012	

LINAC	DR	  tunnel	

Inside	  DR	  tunnel	  DR	  under	  construcGon	  on	  26/Feb/2013	

LINAC	DR	Now	  DR	  has	  been	  buried.	  
The	  construcGon	  of	  the	  building	  above	  the	  DR	  will	  start	  from	  April.	  	

Inside	  DR	  tunnel	3D	  Drawing	  of	  SY2	e+	e+	DR	e+	

The	  narrow	  tunnel	  of	  LTR	  will	  be	  very	  complicated	  with	  magnets,	  cable	  racks,	  pipes	  for	  cooling	  water	  and	  wave-­‐guides,	  and	  so	  on.	  SY2	  ConstrucGon	
11/Oct/12	

5/Sep/12	
Cleaning	

LTR	  for	  DR	2m	

many	  things	  were	  placed	  complicated.	  

It	  was	  re-­‐freshed.	  

26/Feb/13	

Piping	  for	  cooling	  water,	  	  The	  magnets	  will	  be	  installed	   Installing	  cable	  	  racks	
the	  next	  summer.	

14/Dec/12	

PainGng,	  	  Placing	  	  anchor	  holes,	  	  Drilling	  holes	  to	  DR	SY3	  ConstrucGon	
20/Jul/12	

New	  Energy	  Compression	  System(ECS)	  of	  positron	  line	  at	  the	  end	  of	  LINAC	  is	  under	  construcGon,	  which	  is	  needed	  to	  change	  the	  energy	  of	  positron	  from	  3.5	  GeV	  to	  4	  GeV.	  	  Magnets	  of	  ECS	  were	  removed	  and	  the	  new	  ones	  will	  be	  installed	  in	  this	  summer.	

DR	
Chicane	  of	  ECS	SY3	

ConstrucGon	  of	  main	  Components	
DR	LTR,	  RTL	

Magnet	Magnet	Power	  supply	Power	  supply	Vacuum	  chamber	Beam	  instrumentaGon	

Vacuum	  chamber	Beam	  instrumentaGon	

Kicker,	  Septum	Milestones	  of	  DR,	  LTR,	  and	  RTL	• Sep/2014	  – LINAC	  commissioning	  will	  start.	  
– Access	  to	  LTR	  and	  RTL	  area	  will	  be	  limited	  due	  to	  the	  LINAC	  commissioning.	  
– By	  this	  Gme,	  the	  construcGon	  of	  LTR,RTL	  has	  to	  be	  completed.	  

• May/2015	  – The	  beam	  from	  DR	  will	  be	  injected	  to	  LER.	

The	  New	  HER	  Abort	  System	  uGlizing	  DC	  Sextupoles	Abort	  system	  of	  KEKB	
1. The	  horizontal	  abort	  kickers	  kick	  the	  stored	  beam	  out	  of	  vacuum	  chamber	  (The	  rise	  Gme〜500nｓ).	  
The	  beam	  is	  extracted	  through	  Ti	  window	  to	  the	  atmosphere	  before	  entering	  the	  Lambertson	  magnet.	  
2. Power	  density	  on	  the	  Ti	  window	  is	  diﬀused	  by	  introducing	  verGcal	  kicker	  that	  sweeps	  the	  beam	  verGcally.	  
3. The	  beam	  comes	  out	  to	  the	  atmosphere	  from	  a	  vacuum	  through	  the	  Abort	  window(Ti)	  at	  the	  entrance	  of	  Lambertson	  magnet.	  	  4. The	  beam	  is	  bent	  downward	  by	  Lambertson	  and	  leads	  to	  Dump.	  	

K.	  Satoh	Abort	  system	  of	  SuperKEKB	In	  SuperKEKB,	  the	  low	  emi<ance	  beam	  has	  a	  possibility	  of	  destroying	  the	  abort	  window	  more	  than	  KEKB.	  
Horisontal	  kicker：	  Enlarging	  horizontal	  beam	  size	  is	  needed	  other	  than	  the	  verGcal	  	  fast	  kick	  to	  the	  Abort	  window	  sweep.	  
VerGcal	  kicker：	  	  slow	  sweep	  verGcally		  	SuperKEKB(LER)	
SuperKEKB(HER)	

KEKB	

Horisontal	  kicker：	  Horisontal	  kicker：	  	  fast	  kick	  to	  the	  Abort	  window	  	  fast	  kick	  to	  the	  Abort	  window	  VerGcal	  kicker：	  VerGcal	  kicker：	  	  slow	  sweep	  verGcally		  slow	  sweep	  verGcally	
PULSEd	  quadrupole：	  DC	  sextupole：	  	  enlarge	  the	  horizontal	  beam	  size		  enlarge	  the	  horizontal	  beam	  size	
VerGcal	  kicker	

20μm	

beam	  proﬁle	   ±σx	at	  Abort	  window	

V.kick 	

6μm	

±σx	
Maximum	  power	  density	  at	  the	  turning	  point	  !!	

V.kick 	T.	  Mimashi	17th	  KEKB	  Review	  by	  T.	  Mimashi	HER(7	  GeV)	

LER	H	V	Q	H	V	Q	θ(mrad)	

4.6	

0.35	

-­‐	

1.68	

1.05	

-­‐	B	  (T,T/m)	

6.7e-­‐2	

2.5e-­‐2	

1.5	  (B’)	

3.3e-­‐2	

4.1e-­‐2	

1.5(B’)	

I	  total	  (kA)	  (/coil)	

14.9	  (2.5)	  0.47	

11.7	  	  (2.2)	  3.6	  	  (1.8)	

0.8	

4.3	  	  (2.15)	

Gap	  (mm)	

70	

70	35	  Bohr	  Rad	70	

70	

42.5	  Bohr	  rad	L	  of	  Ferrite	

400x6	

400x1	

400x8	

350x2	

350x1	

400x2	

#	  of	  coil	6	1	8	2	1	2	L	  of	  Ceramic	

500x6	500x1	

500x8	

500x2	

500x1	500x2	

Too	  many	  !	

The	  17th	  KEKB	  Accelerator	  Review	  Commi<ee	  15	  K.	  Oide	

Abort	  opGcs	  with	  DC	  sextupole	• Instead	  of	  pulsed	  quadrupoles,	  a	  DC	  sextupole	  is	  used	  for	  enlarging	  the	  horizontal	  beam	  size.	  	  • 	  A	  DC	  sextupole	  is	  installed	  between	  the	  abort	  kickers	  and	  the	  abort	  window.	  	  The	  deﬂected	  beam	  feels	  an	  addiGonal	  quadrupole	  kick	  eﬀecGvely.	  
• Another	  DC	  sextupole	  is	  needed	  to	  make	  a	  pair	  of	  sextupoles	  for	  cancellaGon	  of	  the	  geometrical	  nonlinearity.	  
The	  pair	  of	  Sextupoles	  is	  connected	  by	  I	  or	  -­‐	  I	  transformaGon.	

HER	

Abort	  beam	  parameters	  for	  the	  ring	  opGcs	  of	  the	  Synchrotron	  injecGon	
herfqlc5605_AbortSext_20121128a2_Extracted.deck	e-­‐	  Beam	

Beam	  dump	
Abort	  window	
Abort	  kickers	 Abort	  sextupole	HER	  OpGcs	  for	  Synchrotron	  injecGon		  /users/iida/sad/skekb/injecGon/her/herfqlc5605_20111227_AbortSext_20120316a2.deck	

AbortSext(1)	

Matching：	  βx1=βx2	  βy1=βy2	  νx1-­‐νx2=1.5	  νy1-­‐νy2=1.0	  e-­‐	  Beam		  	  1:	  AbortSext(1)	  AbortSext(2)		  	  2:	  AbortSext(2)	  	  ηx=0	  	  	  	  	  	  	  	  at	  the	  center	  	  	  	  	  	  	  	  	  of	  the	  sexts.	  

Abort	  region	
InjecGon	  point		  εx=4.646nm	  εy=11.62pm	

Emi<ance	  changes	  are	  negligible.	

HER	

Abort	  beam	  parameters	  for	  the	  ring	  opGcs	  	  of	  the	  Betatron	  InjecGon	
herfqlc5605_AbortSext_BI_20121128a2_Extracted.deck	e-­‐	  Beam	

Beam	  dump	
Abort	  window	
Abort	  sextupole	
Abort	  kickers	HER	  OpGcs	  for	  Betatron	  injecGon		  /users/iida/sad/skekb/injecGon/her/herfqlc5605_AbortSext_20120316a2.deck	

AbortSext(1)	

Matching：	  βx1=βx2	  βy1=βy2	  νx1-­‐νx2=1.5	  νy1-­‐νy2=1.0	  e-­‐	  Beam		  	  1:	  AbortSext(1)	  AbortSext(2)		  	  2:	  AbortSext(2)	  	  ηx=0	  	  	  	  	  	  	  	  at	  the	  center	  	  	  	  	  	  	  	  	  of	  the	  sexts.	  

Abort	  region	
InjecGon	  point		  εx=4.511nm	  εy=11.28pm	
Emi<ance	  change	  is	  negligible.	

Dynamic	  aperture	
The	  	  life	  Gme	  is	  opGmized	  for	  each	  sextupoles.	
Case1:	  SEXT	  FSXAB1	  =(L	  =.334	  K2	  =0	  )	  -­‐>	  610	  sec	  	  Case2:	  SEXT	  FSXAB1	  =(L	  =.334	  K2	  =2.777278350689298	  )	  -­‐>	  600	  sec	  Case3:	  SEXT	  FSXAB1	  =(L	  =.334	  K2	  =4.52820764294694	  )	  -­‐>	  620	  sec	Case2:K2=2.777	

Case1:K2=0	

Case3:K2=4.528	

At	  the	  several	  values	  of	  K2,	  tousheck	  life	  Gmes	  are	  almost	  same.	
No	  adverse	  eﬀect	  due	  to	  the	  inserGon	  of	  the	  Abort	  sextupoles.	

Y.	  Ohnishi	Magnet	  design	  of	  the	  sextupole	  	The	  speciﬁcaGon	  is	  not	  special.	

Power	  supply:	  20V	  600A	

K.	  Egawa	Chamber	  in	  the	  abort	  region	
Y.	  Suetsugu	
Abort	  window	• The	  coherent	  betatron	  oscillaGon	  is	  considered.	  	  	  	  – The	  chamber	  apertures	  have	  been	  designed	  so	  that	  the	  aborted	  beam	  with	  the	  coherent	  oscillaGon	  is	  accepted.	  

– When	  the	  amplitude	  of	  coherent	  betatron	  oscillaGon	  is	  expected	  to	  be	  larger	  than	  the	  aperture	  of	  the	  window,	  the	  beam	  must	  be	  aborted.	  	  The	  detecGon	  of	  beam	  oscillaGon	  should	  be	  faster	  than	  the	  growth	  rate	  of	  the	  oscillaGon.	  

– This	  is	  sGll	  under	  undergoing	  now.	  ConstrucGon	  of	  the	  Abort	  systems	
• Phase	  1	  – The	  new	  HER	  abort	  system	  is	  installed.	  
– The	  chambers	  of	  Fuji	  straight	  secGon	  • The	  chambers	  near	  the	  injecGon	  (kickers	  and	  abort	  kickers)	  will	  be	  smaller	  than	  those	  of	  KEKB.	  

– The	  LER	  abort	  system	  is	  sGll	  old.	  
• Since	  DR	  is	  not	  completed	  at	  the	  beginning	  of	  Phase	  1,	  	  the	  emi<ance	  of	  the	  injected	  beam	  is	  large.	  
• All	  of	  the	  new	  LER	  chambers	  in	  the	  abort	  secGon	  and	  the	  new	  injecGon	  chamber	  with	  a	  narrow	  slit	  have	  smaller	  apertures	  than	  those	  of	  KEKB.	  	  	  	  The	  slit	  is	  for	  improving	  the	  vacuum	  pressure	  around	  the	  septum.	  
• They	  should	  be	  installed	  at	  the	  same	  Gme	  in	  order	  to	  avoid	  a	  cavity	  structure.	  	  The	  larger	  beam	  without	  damping	  ring	  can	  not	  pass	  through	  the	  narrow	  slit.	  
• So	  at	  the	  Gme	  the	  abort	  system	  is	  sGll	  old.	  

– The	  stored	  current	  of	  LER	  must	  be	  low	  to	  protect	  the	  abort	  window.	  
(500mA	  max)	  • Phase	  2	  – The	  new	  LER	  abort	  system	  is	  installed.	  Backup	  slides	

Plan	  view	  of	  DR	LTR	  SY2	

Damping	  Ring	

RTL	e+	  beam	

Work	  for	  AR/BT	  in	  2015	

Gon	  line	
cjeni	  tceird	  The	  new	  ARCarry-­‐in	  Route	This	  magnet	  will	  be	  moved	  during	  the	  AR-­‐BT	  magnets	  installaGon	

Recent	  discussion	  of	  DR	• Beam	  abort	  of	  MR	  – When	  the	  beam	  in	  LER	  is	  aborted,	  the	  2	  or	  4	  positron	  bunches	  are	  sGll	  stored	  in	  the	  DR.	  
• The	  interval	  of	  the	  extracGon	  trigger	  signal	  is	  20	  ms	  in	  minimum.	  
• Time	  from	  the	  abort	  trigger	  to	  the	  working	  of	  the	  abort	  system	  is	  a	  few	  100	  µs.	  	  – What	  do	  we	  do	  with	  them	  ?	  

• Wait	  for	  injecGon	  ready	  and	  inhibit	  the	  extracGon	  signal.	  	  
A.
B.
C.

Inject	  to	  LER	  and	  conGnue	  the	  experiment.	  
Inject	  to	  LER	  and	  abort	  again	  a{er	  1	  minute	  for	  charging	  the	  abort	  magnet.	  
Make	  a	  small	  beam	  dump	  in	  the	  RTL	  or	  LINAC	  using	  a	  pulsed	  steering	  magnet	  or	  DC	  steering	  magnet.	  KEKB	  Abort	  system	
1. Abort	  (pulsed)	  kickerで周回ビームを水平に蹴る(立ち上がり時間〜500nｓ)。	  
同時に垂直にゆっくりSweepすることで、Abort窓でビームが１点に集中しないようにする	  2. Abort窓(Lambertson	  magnet入口)で真空から大気に出る。	  
3. Lambertsonで大きく下に曲げてDumpに導く。	

K.	  Satoh	SuperKEKB	  Abort	  system	
1.
2.
3.

Abort	  (pulsed)	  kickerで周回ビームを水平に蹴る。	  
Abort窓(Lambertson	  magnet入口)で真空から大気に出る。	  
Lambertsonで大きく下に曲げてDumpに導く。	

KEKB	
Abort	  kicker(水平)：	  	  Abort窓に蹴り出す。	  
Abort	  kicker(垂直)：	  	  垂直にSweepさせる。	

SuperKEKB(w	  AbortQ)	

SuperKEKB(w	  DC-­‐Sext)	

Abort	  kicker(水平)：	  	  Abort窓に蹴り出す。	  
Abort	  kicker(垂直)：	  	  垂直にSweepさせる。	
Abort	  quad：	  	  Abort窓での水平ビーム	  	  サイズを大きくする。	

Abort	  kicker(水平)：	  	  Abort窓に蹴り出す。	  
Abort	  kicker(垂直)：	  	  垂直にSweepさせる。	
DC	  Sext：	  	  kickerによってΔX蹴られた場
所にDCの六極を設置することで、四極成分を感じAbort窓での水平ビームサイズを大きくする案（生出さん）。	  	  kickerがFireしない場合、ビームは六極の中心を通り、四極を感じない。
-­‐Iの場所に対の六極を置くことでNon-­‐linear成分をCancelする。	

VerGcal	  kicker	

20μm	
Abort窓	 ±σx	
V.kick 	

6μm	

±σx	
Ringingは、折り返しがV.kick
危ない		

また、SuperKEKBのHERでは、今までのBetatron	  injecGonではなく、	  Synchrotron	  injecGonを試みる予定である。	  
入射点付近に設置しているAbort	  systemも、Synchrotron	  injecGonのOpGcsで検討した。	

T.	  Mimashi	17th	  KEKB	  Review	  by	  T.	  Mimashi	

HER	  Abort	  opGcs	  	  with	  Pulsed	  Quadrupoles	

Pulsed	  quadrupoles	

N.Iida	  et	  al	Betatron	  InjecGon	

HER	  OpGcs	  for	  betatron	  injecGon	
εx=4.559nm	  εy=11.40pm	

e-­‐	  Beam	HER	  OpGcs	  	  for	  Synchrotron	  injecGon	 T.	  Mori	  et	  al.	
εx=4.644nm	  εy=11.61pm	

e-­‐	  Beam