Proceedings of the 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (August 3-5, 2013, Nagoya, Japan)

ニュースバルへの垂直キッカーシステム導入*
FAST VERTICAL KICKER SYSTEM OF NEWSUBARU庄司善彦#, A), 満田史織 B), 中西辰郎 B) , 皆川康幸 B), 竹村育浩 B)
Yoshihiko Shoji #, A), Chikaori MitsudaB), Tatsurou NakanishiB), Yasuyuki MinagawaB), YasuhiroTakemuraB)A)
NewSUBARU/SPring-8. LASTI, University of HyogoB)
SPring-8, JASRI
Abstract
We installed a vertical kicker system at the electron storage ring, NewSUBARU. The main
purpose of the installation was R&D to produce a spatial wavy structure in a bunch. However it isalso used to measure the ring response and other researches. The magnetic pulse shape was half sinewith base width of 450 ns, a little bit longer than the revolution period (396 ns). The maximum
deflection angle for the 1 GeV electron with charged voltage of 1 kV was about 0.08 mrad.
はじめに垂直キッカーシステムを電子蓄積リング
NewSUBARU に 設 置 し た 。 Table I にNewSUBARU の主要パラメーターを示しておく。
Table 1: Basic parameters of NewSUBARU
1.

Circumference
Bending lattice type
Number of bending cells
Straight sectionsBending radius
Top-up operation energy
RF frequency
Betatron tune
Momentum compaction factor

118.73 m
modified DBA
64m X 4 15m X 2
3.22 m
1.0 GeV499.955 MHz
6.29(H), 2.23 (V)0.00142.

Hard ware installation

2.1 空芯電磁石
財政的理由で、新規製作部分を最低限とした。ビームパイプは予備品などをかき集め、最低限を製作して既存のものと交換した。リング内の設置位置は長直線部で「長尺アンジュレーター上流部」と呼んでいる位置である。テストを行った通常運転時は
βy= 16.3 m で、コヒーレント光観測用のnon-achromatic lattice では βy= 14.4 m である。真空ダクトの改造前後のレイアウトをFig. 1 に示す。
!;9=<;
200952.8

直接の設置目的は、クロマティシティー
変調との併用で、バンチ内に垂直方向の空間構造を作る事である。この空間構造は、
GVLU!)44-2+ R F構造に対応した時間波形のコヒーレント放
74%/08%/!$%&'F R
R R
射を発生する[1]。要求するベータトロン振40>?'!.3+-(3)(3)./1)2!$%&'
79:;<
幅は、コヒーレント光観測予定位置で 2320mm あれば十分である。この用途以外にも、垂直方向のリングパラメーターの計測など、様々な用途が期待される。
GV
LU&)(./0&!$%&'!"#!$%&'!
FRF !!!!3)44-2+RRF
設置時期は、まず 2012 年 2 月にリング
F R ()*)(+)$!,-(!%+)
5()*)(+)$6 R Fにセラミックダクトを設置し、9 月に時間
Figure 1: Beam duct for the kicker installation.
幅約 1 ms のキッカー電源を製作して使用していた。更に 2013 年 1 月には時間幅約 450
ns の現電源にアップグレードし、現在はこ
現在のキッカー電磁石の外観を Fig.2 に、の電源で R&D に使用中である。
その断面を Fig.3 に示す。電磁石は空芯で、ハードウェアの基本部分は、SPring-8 に リッツ線をセラミックダクト表面にカプト
最近導入されたキッカー[2, 3]と同じもので ンテープで貼付けた簡単なものである。セある。
ラミックダクト部の長さは約 280 mm、コ
イルは２本並列の１ターンコイルで、実質*Work supported by JSPS KAKENHI Grant Number 23600008
１ターンである。サイドにはモニター用の# shoji@lasti.u-hyogo.ac.jp
ピックアップコイルが取り付けてある。
578

773

175

47

501.3

____________________________________________- 1025 -200131

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現時点ではとりつけていないが、シールドの設置を検討中である。コンパクトにはならないが、周波数 1 MHz に対する銅のス
キンデプスは 0.066 mm なので難しくは無いばずである。

ングパルスだけをブロックして使う。

Figure 4: Waveform from the pick-up coil(bipolar signal) and the trigger pulse (squaresignal).
3.
Figure 2: Kicker magnet.
25

pick-up coilacrylic guide plate
litz wire 328 40485386

Figure 3: Cross section of the kicker magnet.
2.2 高速パルス電源
キッカー用高速パルス電源は SPring-8 で開発したものである[2, 3]。キッカー電源のド ラ イ ブ 回 路 部 （ Fig.2 で は local powersupply）は、加速器トンネル内の電磁石付近に設置し、直流高圧電源を含む高圧回路部はトンネル外に分離設置している。
キッカーの時間波形は全幅約 450 ns ハーフサインである。リング一周が 396 ns なので、リングの大部分にわたって single kickとなる。出力は最大充電電圧 1 kV に対して仕様上は 150A である。
Fig. 4 にピックアップコイルでモニターした磁場波形を示す。これによって、磁場パルス幅 450ns を確認できる。
垂直キッカーのトリガーパルスには、入射用水平キッカーのパルスを分岐したものを使っている。既に蓄積したビームをキックする場合には、入射キッカー用のタイミ

Beam Commissioning

3.1 Timing Adjustment
電源のタイミングディレーには、入射キッカータイミングを分岐したものを使っているので、既に蓄積したビームに対してはキッカーが同期する入射 RF バケット選択で調整できる。垂直ベータトロン振動振幅の確認には可視放射光モニターライン[4] の ICCD ゲートカメラを使った。RF バ
ケット#0 のみに単バンチを蓄積しておき、入射ゲートを閉じる。キッカータイミングのバケットを変えながら垂直キッカーを駆動し、キック後 12 ターン分の積算プロファイルを記録した例が Fig.5 である。蓄積した電子ビームの垂直方向の FWHM をbucket address に対してプロットした結果がFig.4 である。Harmonic number が h=198 であるから、Kicker 磁場波形の全幅が１周よりやや大きく、ピークはタイミングを#190 に設定したあたりである。

#0#99

Figure 5: Accumulated beam profile during 12turns after the kick. The numbers are triggered
bucket.

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rad.であったことになる。キッカーの最大deflection angle を計算すると、約 0.08 mrad.
であった。Non-achromatic lattice でのコヒーレント光観測予定位置は βy=35 m なので、yMAX=1.7 mm となり、ほぼ当初の要求を満たす。

()*+,-./0,123 (ch)

&!!

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4567.2/811).99

Figure 6: FWHM of the vertical profile for thekicker timing (=bucket address). The broken
line at the bottom was the sum of the beam
monitor resolution and the original beam width.
The harmonic number of the ring is 198.

3.3 Magnet rotation (H/V coupling)
Skew quadrupole correction magnet を使って蓄積リングの H/V coupling を補正した（ coupling constant <1% ） 上 で verticaldeflection を与え、horizontal beam position 変化を観測した。リング内には等間隔で、33バンチを蓄積し、垂直キッカーを稼働させる。キッカーのコイル位置を数ミリ単位で変え、single pass BPM の水平位置信号の変化をみた。６極電磁石があるために、垂直ベータトロン振動に対しては水平位置変化は原理的にゼロにはならない。従って磁石の傾きの検出精度は低く、コイルの機械的設置精度以上の結果は得られなかった。

3.2 Deflection amplitude
更に蓄積リング内に等間隔で６個のビー 参考文献
ムバンチを蓄積し、キッカーを駆動した際 [1] Y．Shoji, Phys. Rev. ST-AB 13, 060702 (2010).に始まるベータトロン振動も確認した。6 [2] C. Mitsuda, K. Fukami, K. Kobayashi, T. Nakanishi, H.
Ohkuma, S. Sasaki, and T. Ohshima, " NEW
個のバンチの振動振幅と振動位相を BPM1
DEVELOPMENT OF COMPACT FAST PULSED(βy=10.7m)で確認した結果を Fig.7 に示す。
POWER SUPPLY SYSTEM IN THE SPring-8", Proc. of
BPM 信号をオシロスコープに記録し、offIPAC'13, MOPWA003.
line で解析したものなので、精度は良く無 [3] 満田史織, 深見健司, 小林和生, 中西辰郎, 大熊春夫,
い。同図の実線と破線は、全幅 450ns の佐々木茂樹, "SPring-8 蓄積リングにおける高速パルス電源の開発", 2013 年日本加速器学会.
ハーフサインを仮定して計算した振幅と位[4]松本卓也、小林花輪、庄司善彦、皆川康幸、竹村育浩,相である。実測を概ね再現している。

amplitude (mm)phase (rad.)

1.2

1.5

110.8

0.50.600.4-0.50.20-1revolution period
0100200"可視光ビームモニターライン初段ミラーの熱変形補償", 2013 年日本加速器学会.

300

400time (ns)500

-1.5600

Figure 7: The betatron oscillation amplitude andphase of six bunches. The solid and broken lines
are calculated amplitude and phase assuming
450 ns width half-sine.
このデータから１GeV の電子ビームに対して充電電圧 1 kV で、電子ビームの最大振幅は 1 mm であったことがわかる。垂直方向最大振幅を yMAX とすると yMAX2/ βy=0.1 µm- 1027 -