Proceedings of the 11th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
August 9-11, 2014, Aomori, Japan

PASJ2014-SUP020

PF-AR 新ビーム輸送路建設計画
CONSTRUCTION PROJECT OF A NEW BEAM TRANSPORT LINE FOR PF-AR
高木 宏之# A), 浅岡聖二 A), 古川和朗 A), 芳賀開一 A), 原田健太郎 A), 本田融 A), 本間博幸 A), 飯田直子 A),
柿原和久 A), 菊池光男 A), 小林幸則 A), 工藤喜久雄 A), 久米達哉 A), 三増俊広 A), 宮内洋司 A), 長橋進也 A),中村典雄 A), 中村 一 A), 濁川和幸 A), 野上隆史 A), 帯名崇 A), 小川雄二郎 A), 小野正明 A), 尾崎俊幸 A),佐波俊哉 A), 佐藤政行 A), 多田野幹人 A), 田原俊央 A), 高井良太 A), 谷本育律 A), 多和田正文 A), 内山隆司 A),上田明 A), 吉田光宏 A)
Hiroyuki Takaki# A), Seiji Asaoka A), Kazuro Furukawa A), Kaiichi Haga A), Kentaro Harada A), Tohru Honda A),
Hiroyuki Honma A), Naoko Iida A), Kazuhisa Kakihara A), Mitsuo Kikuchi A), Yukinori Kobayashi A), Kikuo Kudo A),
Tatsuya Kume A), Toshihiro Mimashi A), Hiroshi Miyauchi A), Shinya Nagahashi A), Norio Nakamura A),
Hajime Nakamura A), Kazuyuki Nigorikawa A), Takashi Nogami A), Takashi Obina A), Yujiro Ogawa A), Masaaki Ono A),
Toshiyuki Ozaki A), Toshiya Sanami A), Masayuki Sato A), Mikito Tadano A), Toshihiro Tahara A), Ryota Takai A),
Yasunori Tanimoto A), Masafumi Tawada A), Takashi Uchiyama A), Akira Ueda A), Mitsuhiro YoshidaA)High Energy Accelerator Research Organization

Abstract

High Energy Accelerator Research Organization (KEK) has a construction project of a new beam transport (BT) line
for the Photon Factory Advanced Ring (PF-AR). Currently, the injection energy of the PF-AR is 3.0 GeV and theaccumulated beam is accelerated to 6.5 GeV. The new BT line will connect from the LINAC end to the PF-AR ring in an
approximately straight line and will become independent of the KEKB BT. It enables the full energy injection, and thetop-up injection will be realized as a simultaneous continuous injection with the other storage rings, HER, LER of KEKBand PF ring. The new BT tunnel was almost completed in FY2013, and the installation of utilities is in progress now. The
whole project is planned to be finished in FY2016 synchronized with the commissioning and the development of theSuperKEKB.
LINAC を専有して入射を行うことが困難となり、
PF-AR も高速スイッチングされたビームを使って入1. はじめに
高エネルギー加速器研究機構の線形加速器（LINAC）は、つくばキャンパス内にある 4 台の蓄積 リ ン グ 、 す な わ ち KEKB の High Energy Ring(HER) 、 Low Energy Ring (LER) 、 Photon Factory(PF)、及び Photon Factory Advanced Ring (PF-AR)に対して電子もしくは陽電子ビームを供給している（現在 KEKB は SuperKEKB[1]へとアップグレード中である）。LINAC は高速スイッチングを行うことでエネルギーの異なる電子及び陽電子を 50Hz で任意に供給する能力を有しており、PF-AR 以外の３台の蓄積リングはこの高速スイッチングされたビームを使って入射が可能である [2] 。PF-AR だけはこの高速スイッチングに参加していないため、他の 3 台の蓄積リングへの入射を中断したうえで LINAC を 20 分程度専有して入射を行っている。また、Fig. 1 に示す
ように、PF-AR の現在のビーム輸送路は KEKB のビーム輸送路（KEKB-BT）と共有区間を持っている。したがって、PF-AR への入射時には KEKB-BTの一部区間を PF-AR 入射用に最適化する必要がある。しかしながら、現在アップグレード中のSuperKEKB では蓄積ビームの寿命が 10 分程度と短く な る た め 、 今 ま で の よ う に PF-AR 入 射 時 に___________________________________________# hiroyuki.takaki@kek.jp

Figure 1: New beam transport line (red) for the PF-AR.

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そこで、3.0GeV の電子を入射するよう設計されていた現在のビーム輸送路の使用をやめ、最初から6.5GeV の電子ビームを PF-AR に直接入射するための新しいビーム輸送路（Fig. 1 の赤線）を建設しようという計画が現在進行中である。これにより、今後は 3.0GeV で入射した後に 6.5GeV まで加速する必
要がなくなり、6.5GeV でのフルエネルギー入射が可能になると共に将来的にはトップアップ運転も可能となる。

2. 新ビーム輸送路の構成
新 ビ ー ム 輸 送 路 の 構 成 は Fig. 1 に 示 す よ う に
LINAC の最下流部から PF-AR の新入射点まで約Figure 2: Optical functions from the end of the injector
320m ある。新ビーム輸送路の光学関数は Fig. 2 に示
linac to the injection point of the PF-AR. Blue and red
す通りである。この光学関数は LINAC から FODO でlines represent the horizontal and vertical parameters,ビームが送られて来た場合を想定している。LINAC
respectively.の光学系がダブレット等に変更された場合は、第 3スイッチヤード部で光学関数の吸収ができるように するため、共有のパルスベンドは 2.5GeV の PF に合している。図は上からベータトロン関数、分散関数、 わせた蹴り角に固定したうえで、6.5GeV の電子用にビームサイズとなっており、ビームサイズ計算には は現在のパルスベンドの直下流に 2 台のパルスベン規格化エミッタンスとして 100×10-6m•rad、エネル ドを増設し対応する。
ギー広がりとして 1.0×10-3 のガウス分布を仮定した。 PF と PF-AR へのエネルギーの違う 2 つのビーム
新ビーム輸送路は、都合上 3 つの部分に分けてお 輸送路は、ほぼ似たような角度でパルスベンド直後り（第 3 スイッチヤード部、新トンネル部、および に設置された偏向電磁石（Fig. 3 の A 点）に到達すマッチング部）、以降の節でそれぞれの部分を詳し る。ここでエネルギーの低い 2.5GeV の電子は大きく述べる。
く曲げられ、6.5GeV の電子はほとんど曲げられないので 2 つの輸送路が分離できる。その後、両ビーム
2.1 第 3 スイッチヤード部
輸送路はもう一度同一平面上で交差し各蓄積リング
第 3 スイッチヤード部（SY3）は Fig. 3 に示すよう へ向かう。に、入射器からの電子および陽電子ビームを KEKB
PF-AR へ向かうビーム輸送路は、SY3 のゼロ度の（HER-BT：紫線、LER-BT：青線）、PF（緑線）、 ビームダンプの手前で更に曲げられて新トンネル部および PF-AR（赤線）に振り分ける部分である。現 へと接続される。ビームダンプがある部分では厚さ在、SY3 の KEKB-BT を通して 3 GeV の電子を PF- 3ｍのコンクリート壁にコア抜きを行う。コア抜き
AR の入射点に輸送しているが、新ビーム輸送路で 部は、SY3 側の既存の 2m の壁の部分は直径 200mmは PF が使っているパルスベンドを共通に使い、SY3 で抜き、新トンネル部分側の 1m についてコンクにおいて KEKB-BT と分離される。PF へは 2.5GeV リート注入時にボイドを使って直径 250mm の穴との電子を輸送し、PF-AR へは 6.5GeV の電子を輸送 なっている。

Figure 3: New beam transport line layout of switchyard number 3.

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Figure 4: Safty bending magnets and new beam dump atSY3.

Figure 6: New tunnel.

SY3 の床面にはピットが縦横に走っているため、 マッチングさせる予定である。
電磁石設置時には H 鋼等を使ってピットを跨ぐような脚部を電磁石架台下部に用意し避ける予定である。 2.2 新トンネル部
新ビーム輸送路を通して LINAC からの電子ビーム
新トンネル部は 2013 年度に新たに建設した約が PF-AR に絶対に入射されないという安全を担保す 200m のトンネル部分を指す(Fig. 5 参照)。直線部のるための偏向電磁石（安全ベンド）は、SY3 に設置 光学関数は FODO で繋がっており、約 26m 毎に四極した偏向電磁石２台を使用する（Fig. 4 参照）。安 電磁石が設置されている。アーク部は 9 台の既存の全ベンド 1 は、ビームダンプを使って PF-AR 用の 1m の偏向電磁石を使って約 30 度曲げている。新トビームを調整するためのものである。安全ベンド 2 ンネルは、KEKB コントロール棟から富士実験室へ
は、LINAC のゼロ度ラインを通過して来たビームが 走る共同溝によって上流部と下流部に 2 分割される。
PF-AR の新ビーム輸送路に入って来ないようにする 共同溝には KEKB の安全系等のケーブルが多数走っためのものである。この 2 台の安全ベンドにより ており、このケーブルラダーを動かすとケーブルにLINAC の調整が安全に行える。ビームシャッター及 不要なテンションをかけることになる。それを回避
びロスモニタは安全ベンド 2 の下流に設置する予定 するために、共同溝部を通過する際に本来のビームである。
輸送路の高さに比べて約 10cm 程度上方を通すこと
SY3 に設置した電磁石の内、ビーム進行方向の長 でケーブルラダーの間を通す。このために 1.7mrad
さが 1.3m と 1.85m の 2 台の偏向電磁石およびの 0.4m 程度の蹴り角を持つ空冷の垂直偏向電磁石を 4 台用の四極電磁石 5 台は新規に製作した。安全ベンド 2 意し 60m かけてこのバンプ軌道を作る。正確なバンに使用するのは既存の電磁石である。SY3 に設置す プの高さは、2014 年度夏に行うビーム輸送路の罫書る電磁石用の電源は PF リング地下に設置し、そこか き時の測量結果を元に決める予定である。またこのら電源ケーブルを PF のビーム輸送路を通して SY3 バンプ区間に設置した 5 台の四極電磁石は、スローまで敷設する。SY3 と新トンネルとの間は新ビーム プに沿って角度を持たせることなく水平に設置する輸送路用にしかコアが抜かれておらず、新トンネル 予定である。
部の電気、冷却水等は下流側から引く事になる。
新トンネルの断面図は、Fig. 6 に示すように幅 3m
現在 PF のビーム輸送路に設置してある電磁石と 高さ 2.5m となっている。ビーム輸送路は西側の壁
PF-AR の新ビーム輸送路は 2 箇所干渉するところが （Fig. 6 の図中左側）から 1m の所に設置し、通路とある（Fig. 3 の分離用電磁石の直下流の四極電磁石 2 して 2m を確保する。トンネル天井にクレーンはな台と、再度 2 つのビーム輸送路か交差する直下流の く、物品の運搬は通路を使って運ぶ必要がある。
四極電磁石１台）。この干渉する電磁石については ビーム輸送路側には幅 500mm のケーブルラダーを 21m 程度下流側へ移動することを考えている（Fig. 3 段用意した。には移動予定箇所が描いてある）。この四極電磁石の移動に伴い PF ビーム輸送路には新しいオプティクスが必要になるが、PF ビーム輸送路全体を変更することなくスロープの手前で現在のオプティクスとFigure 5: New beam transport line layout of new tunnel section.

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新トンネルへの物品の搬入口は上下流部にそれぞれ１箇所ずつある。搬入部の開口は 5m×3m である。
開口部は室外にあり、天井部は厚さ 500mm のコンクリートシールドで覆われる。コンクリートシールドは 1 本あたり 3280mm×500mm×500mm で重さ約 1.9tとなっており、隣り合うシールドが重なり合うような形に作られている。コンクリートシールド上部には通常テントが張られ、雨が直接コンクリートシールドには当たらないようにしてある。安全のためコンクリートシールドの合わせ目にはゴムのパッキンを取り付け、雨水がトンネル内に入らないよう対策を施す。
Figure 7: New beam transport line layout of matching
新トンネル上流部は KEKB のトンネルの上を通過
section.
する。そのため、この部分では ARBT のトンネル工
事中が少しでも KEKB のトンネルに影響を及ぼさな 偏向電磁石 1 台と四極電磁石 1 台はその境目に設置
いように 500mm ほど通常部分に比べてビーム輸送路 する必要があり、この部分には高さ 1200mm のテラの床を高くして通過している。これにより KEKB ト スを作りその上に電磁石を設置する予定である。
ンネルの上部との間隔は約 3m となる。
新ビーム輸送路の最下流にある 6 台の四極電磁石
新トンネル下流部の偏向電磁石は水冷であり、必 については新ビーム輸送路の他の部分に設置したも要な冷却水は PF-AR のリングから KEKB-BT を横 のに比べて強い収束力を必要とすることから、ボア切って新トンネル下流側へ引く。これにともない、 直径を 38mm で新規に製作した（他の四極電磁石のPF-AR と KEKB-BT および、KEKB-BT と新トンネル ボア直径は 52mm）。また、入射点に設置する２台下流部の間の壁に冷却水配管を通すためのコア抜き のセプタム電磁石および DC セプタムも新規に製作を行う。上流部に設置する四極電磁石、垂直偏向電 した。
磁石、および補正電磁石は全て空冷のため上流部にマッチング部の電磁石用電源は新トンネル部と同は冷却水の配管はなく、上下トンネル間には排水用 様に AR 東棟に設置する。電力ケーブルについてはの配管が通っているだけである。新トンネルの排水 AR リングの中を通って供給する。また、冷却水はは最終的には KEKB-BT の排水用の釜に集められる。 AR リングから供給するため、AR リングと KEKB新トンネル部に設置した電磁石用の電源は、AR BT 間にはコア抜きをおこなう。
東棟の現在のビーム輸送路用電源が設置されている部屋に収納する。電力ケーブルはそこから地上部を 3. インストールスケジュール通って新トンネル下流部まで引かれ、Fig. 5 にある新ビーム輸送路の建設スケジュールを Fig. 8 に示電力線引き込み口位置からトンネルに落とし込む。
す。トンネル建設は 2013 年度で終了し、2014 年度は設備工事を行う予定である。新ビーム輸送路に使2.3 マッチング部
マッチング部は Fig. 7 に示すように、新トンネル 用する電磁石は、現在の PF-AR の 3GeV 入射路で使部から来た新ビーム輸送路が KEKB-BT と交差した 用している電磁石（偏向電磁石 24 台、四極電磁石 18
後 PF-AR の入射点へ向かう。新ビーム輸送路を通す 台）を基本的には再利用する予定であるが、6.5GeVために合計 4 箇所の壁に直径 200mm のコアを抜く必 にエネルギーを上げたため、入射点付近には強い四要がある。コア抜き箇所は、新トンネル下流部と 極電磁石が必要であるので 6 台は新規製作し、またKEKB—BT 間の壁、KEKB-BT と PF-AR 間の壁、およ SY3 に設置する偏向電磁石の内 2 台及び新入射点にび旧 TRISTAN リングへの出射路を形作っている三角形の部屋の壁２箇所である。
SY3、新トンネル、および AR リングにおけるビーム輸送路の高さは床から 1200mm（床のうねりは別として）となっているが、マッチング部のKEKB-BT と新ビーム輸送路が交差する点においてKEKB-BT の床は 1200mm 低くなっている。したがって床から 900mm の高さに KEKB の陽電子ビーム輸送路が走り、その 900mm 上を KEKB の電子ビーム輸 送 路 が 走 り 、 さ ら に そ の 600mm 上 （ 床 か ら2400mm の高さ）を新ビーム輸送路が走り交差する事になる。そして、Fig. 7 の”イ”と書かれた部分より下流側（図中左側）で再び床面が高くなり、ビーム輸送路の高さは 1200mm となり PF-AR の入射点へとFigure 8: Construction schedule of the PF-AR new
向かう。KEKB-BT 付近に設置する電磁石の殆どはtransport line.
この 2400mm の部分を避ける形で設置する。ただし、- 993 -

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設置する DC セプタムは新たに製作した。新規に製作が必要となった電磁石、電源、真空ダクト等の加速器コンポーネントの建設は 2013 年度中にほぼ終了した。新ビーム輸送路へのコンポーネントのインス
トールについては、現在のところ、2016 年の 3 月頭から 9 月末を考えている。インストールに際して、現在使用している 3GeV のビーム輸送路に使われている電磁石を新ビーム輸送路に移設する必要がある
ため、PF-AR は 2016 年 3 月頭から運転を停止する予定である。PF については SY3 のみの改造となるため、SY3 および入射器運転時に立ち入り禁止となるトンネル上流部については 7 月頭からのインストール作業とする。これによって PF は 2016 年 3 月から予定している新ビーム輸送路のインストール期間中、夏季停止期間までは通常どおり運転が可能となる予定である。また、新ビーム輸送路を作るに当って、SY3 における PF のビーム輸送路にも多少変更が必要となる（詳細は 2.1 節参照）。2016 年 10 月に PF とPF-AR を同時に立ち上げとなるのを避けるために、PF のビーム輸送路については 2015 年の夏に作業ができないか現在検討中である。
現在考えている新ビーム輸送路のインストール時期については、KEKB-BT を横断して作る予定であることから、SuperKEKB 建設の進行状況に依存する所が大きい。現在、新ビーム輸送路のインストール開始が 2016 年の 3 月からとなっているのは Belle-II
検出器のロールインの時期に合わせているためであり、この時期が変更されるとそれに伴って新ビーム輸送路のスケジュールも変更されることになる。

4. その他の設備
トンネル内の空調及び電気は、新トンネルの搬入口の横に新規に建設する機械棟に置かれる。機械棟
は現在建設中で、設備工事が完成する 9 月中旬に同時に完成する。また新トンネル内のモニタ及び真空機器の制御用に上下流トンネル搬入口傍に制御機器収納庫（5.4m×3.6m）をそれぞれ 1 室用意した

5. 現状および今後の予定
新ビーム輸送路の工事については、現在、設備工事が順調に行われている。また新トンネルより下流のビーム輸送路の罫書きを行っている。今後は新ビーム輸送路の具体的な設置に向けての準備を行う予定である。

参考文献[1] M. Masuzawa, “Next Generation B-factories”, inProceedings of the First International Particle Accelerator
Conference (IPAC’10), Kyoto, 2010, pp. 4764–4768.
[2] Eiji Kikutani, Kazuro Furukawa, Makoto Tobiyama, "KEKB
Bucket Selection System, Present and Future", inProceedings of the 7th Annual Meeting of PASJ, 2010.

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