Proceedings of the 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japanand the 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (August 6-8, 2008, Higashihiroshima, Japan)

FAST LOCAL BUMP SYSTEM FOR HELICITY SWITCHING
AT THE PHOTON FACTORY
1Shunya Matsuba
B)

Kentaro Harada , Takashi ObinaB),A),B)

B), Yukinori Kobayashi , Shinya Nagahashi , Tsukasa Miyajima

B)

Hiroshima University,
1-1 Oho, Tsukuba, Ibaraki, 305-0801
In a south straight section of the Photon Factory storage ring (PF-ring), tandem APPLE-II (Advanced Planar PolarizedLight Emitter – 2) type variably polarizing undulators will be installed with five fast bump kicker magnets in order togenerate a local orbit bump for the helicity switching at a frequency of 10 Hz. At present, the installation of one
undulator and a fast orbit bump system were completed and the machine studies for orbit switching are in progress.
Bump switching frequency up to 10 Hz is almost successful, but the leakages of the bump are produced. In this paper,
we describe an overview of the system, and the principal parameters of the bump magnets. In addition, we present themagnetic field measurements, the installation, and the preliminary results of the machine studies.

可変偏光アンジュレータ高速スウィッチング用バンプシステムの開発
１．序論
高エネルギー加速器研究機構の放射光蓄積リング
リング において、高速で偏光スウィッチング可能なアンジュレータ光を利用して実験を行うプロ
ジェクトが進行している。この実験では、技術を用いた高精度の実験を行うため、のスウィッチング周波数が要求されている。アンジュレータの磁極列の位相を機械的に変化させる方法では、以上の高い周波数でのスウィッチングが困難であることから、 リングではアンジュレータをビーム方向に直列に 台並べ、アンジュレータ内部の電子軌道（局所バンプ軌道）を高速に切り換える手法が採用された。
可変偏光アンジュレータには型 が使用される。このアンジュレータは 列の磁石列を任意に動かすことが可能で、偏光切り替えの他にギャップを固定した状態で実効的に光のエネルギーも変えることができる特徴を有している。局所バンプ軌道の形成には、 台の偏向電磁石と独立に励磁可能な電源が使用される。バンプ電磁石及び電源、そしてアンジュレータ 台が、年 月のシャットダウン中にリング内に設置された。ここでは、バンプシステムの概要、設置について述べた後、調整のために行ったマシンスタディの途中経過について述べる。

２．システムの概要
スウィッチングシステムの概要を図1に示す。2台のアンジュレータを同一の直線部上に直列に設置し、アンジュレータ中の電子軌道に交互にバンプを作ることで、2台のアンジュレータからの光を交互にビームラインへ届ける。2台のアンジュレータから光を分離するために要求されている軌道の傾きは-707-

図スウィッチングの概念図～ はバンプ電磁石、～はバンプ内のビーム位置測定用の高速、以降とする、である。アンジュレータは上流側ののみインストールされている。
表

バンプシステムのパラメータ

最大ビームエネルギー
最大蹴り角
最大磁場
磁極垂直ギャップ
磁極水平幅
鉄芯長
コイル巻数
インダクタンス（計算値）
必要最大電流（計算値）
抵抗周波数必要最大電圧（計算値）
硅素鋼板厚

E [GeV] [mrad]B [T]h [mm]
w [mm]
l [mm]
N [turns]

32.40.162111015032

L [H]
I [A]
R []
f [Hz]V [V]
t [mm]

1.0x10-3
83.5
0.11013.70.5

Proceedings of the 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japanand the 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (August 6-8, 2008, Higashihiroshima, Japan)

0.3mradである。したがって、バンプ電磁石の幾何学的な配置から、必要な最大蹴り角は2.4mradと見積もられた。10Hz以上のスウィッチング周波数を可能にするため、電磁石は0.5mm厚の珪素鋼板を積層して製作した。電源容量は、多少余裕を持った仕様とし、5kw (±100A,±50V) と した。電磁石及び電源の主要なパラメータを表1に示す。
励 磁 電 源 の 制 御 に は 、 Agilent 社 製 4chDAC モジュール(L4451A)を採用した。バンプの高さを正弦的に変化させるには、基本的に電流波形も正弦的にするが、誤差や位相のずれ、非線形磁場成分によるバンプの漏れを補正するため、歪んだ正弦波形で励磁することも可能である。今回のマシンスタディでは、正弦波１サイクルを3600点に分割し、1クロック送るごとに1点進む様に設定信号を発生させ励磁した。励磁周波数の変更はクロックの変更で行う
アンジュレータ内のバンプ軌道の傾きを0.3mradとすると、バンプの高さは最大で約1mmとなる。
ユーザー運転中に許容される軌道変動を、ビームサイズの1/10とすれば、バンプの漏れは水平方向で約 、垂直方向には約  以内に抑制する必要がある。

３．磁場測定及びリングへの設置作業

T3000)、ビーム進行方向に金尺、電磁石の傾きには水準器が用いられた。要求設置精度は、水平及び垂直 方 向 で 100m 、 縦 方 向 で 500m 、 回 転 で0.2mradであったが、アライメント後の再測量で、それぞれが許容範囲内であることを確認した

４．マシンスタディ途中経過
ビームを使って電磁石の蹴り角に対する軌道の応答を測定し、その後、 的に高さ最大のバンプを作り、バンプが閉じるように調整を行った。次に、の周波数でバンプの高さを変化させ、バンプ外側での軌道変動を観測した。
で定格の高さまでバンプを作った場合の、バンプ外側での軌道変動を図 に示す。の場合はリングの通常のでの観測が可能である。グラフは、 秒おきに約秒間の軌道を連続で測定し、各で観測された位置の最大値と最小値の差をプロットしたものである。水平方向には挿入光源のパラメータに依らず最大で約 （ 15m）の振動が生じている。この振動はユーザー運転に対する許容範囲内ではあるが、今後も波形を補正するなどして抑制する努力が必要である。一方、垂直方向には、挿入光源なしの場合には約15 、挿入光源のギャップを閉じると約 倍に増大し、約  の振動が生じている。挿入光源なしの場合、振動の原因はバンプ電磁石の傾き誤差と思われるが、据え付けの調整で補正することは精度の問題から困難であり、垂直方向のステアリングを用いてフィードフォワード補正を行う予定である。挿入光源のギャップを閉じると、そのskew４極成分によって振動が増大する。

振幅全幅 (m)

振幅全幅 (m)

バンプ電磁石及び電源納品後、性能試験として、励磁曲線、水平方向及びビーム進行方向の２次元磁場分布、周波数応答を測定した。測定にはホール素子(F.W.BELL製 9500A)と、FFT測定器(HP製3562A)を用いた。磁場測定により、5台の電磁石はすべて設計仕様を満足しており、最大励磁電流値100A時で0.188Tの磁場が発生していることを確認した。また、電磁石のヒステリシスの影響を見積もるため、35(a) 水平方向
100Aでループ的に励磁を行ったところ、0A付近に30gap150mm
gap21mm 水平偏光
おけるループの上昇・下降に対する磁場の差は約25gap21mm 円偏光-428(14)×10 T程度であった。水平方向の磁場分布
20の一様性は、入射ビームを含めたビームの通過する15範囲を35mmとすると、B/B<1×10-3であった。
10次に、周波数応答の測定結果について述べる。電5磁石をACで励磁すると渦電流の効果で磁場の減衰
00102030405060と位相の遅れが生じる。電磁石を電流 50A、周波BPM number数10Hzで正弦的に励磁すると、磁場は1Hz時と比べ35gap150mm(b) 垂直方向て99.9%に減衰し、電源への電流設定信号に対するgap21mm 水平偏光
30gap21mm 円偏光
位相遅れは5.78度であった。磁場の減衰は殆どなく、25位相も5台同期して遅れるならば問題はない。ビー20
ムエネルギー2.5GeVの場合、定格のバンプを作る為15の 設定電流値は、 K1とK5が約51A、K2とK4が約1058A、K3は7Aとなる。
5電磁石、電源とも要求仕様を満たしており、また0５台の個体差も0.1%以内であることが分かった。
0102030405060
BPM number
2008 年 3 月 の シ ャ ットダウン中に、１台のアン
図 周波数でのバンプ外側の軌道変動
ジュレータ、バンプ電磁石及び電源の設置作業が行に水平方向、に垂直方向の軌道変動を示われた。電磁石のアライメントでは、高さ方向に水す。ギャップの時、挿入光源の磁場はほぼ準儀(Wild社製 N3)、水平方向にセオドライト(Kernゼロであり、は最小ギャップである。
-708-

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0.04
FPM01
FPM02
FPM03

0.02

X (mm)X (mm)

0.2

0.5
FPM05
FPM04
FPM06

0.03

00.01
0-0.01-0.2

0.4

X (mm)

0.4

-0.02

0.2
0.1

-0.03

-0.4

-0.04
00.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0

Time (sec)

0.1

0.2
0.3
Time (sec)

0.4

00.5

FPM01
FPM02
FPM03

-0.02

FPM05
FPM04
FPM06

0-0.005

0.2

0.3

0.4

0.5

FPM01
FPM02

0.04

5060

7080

FPM03
FPM04

FPM05
FPM06

0.03
0.02

0-0.010.1

400.01-0.04030

水平振幅の周波数変化

Y (mm)

020

0.05

0.005

Y (mm)

0.02

10

周波数 (Hz)

0.01
0.04

0

バンプ外側、水平方向

バンプ内側、水平方向

Y (mm)

FPM01
FPM02
FPM03
FPM04
FPM05
FPM06

0.30

Time (sec)

バンプ内側、垂直方向
図 周波数の場合の速い

0.1

0.2
0.3
Time (sec)0.4

バンプ外側、垂直方向で観測した振動及び

0.501020304050607080

周波数 (Hz)

垂直振幅の周波数変化までの振幅の周波数依存性

この振動成分の抑制は、FF用のステアリングで行うが最大の場所であり、RFの位相変調による縦方か、またはDC的なskew４極補正電磁石を設置する向のビーム振動が約300Hzの水平振動として観測さことにより可能である。変動の大きさから見積もっれている。この振動を考慮すると、水平方向のバンた挿入光源のskew成分の大きさは約B’L=0.0104Tでプの漏れは 15mであり、0.1Hzでの値とほぼ同じあり、バンプの形状を考慮すると、挿入光源の磁場である。垂直方向についても、m程度で0.1Hzの測定の結果、約0.016Tと矛盾しない。
場合とほとんど変化はない。1~70Hzまで、振幅の次に、定格の以上でのスタディ結果を図 に周波数依存性を図3-(e)、(f)に示す。時系列データの示す。いずれも挿入光源のギャップはである。 最大値と最小値の差の半分を振幅としてプロットしの振動はリングの通常のでは観測できなた。垂直方向については周波数依存性は小さいものいため、通常の測定に使われていない電極に高の、水平方向はバンプ高さが減衰し、漏れが増えて速、を接続して測定を行ったいる様に見える。ただし、300Hzの振動が大きく、（図４）。バンプが設計通りであれば及び移動平均やFFTなどをかけても信号処理は難しく、
で水平に 、での振動定量的な議論は今後の課題である。
が観測されるはずであるが、ほぼその通りの値が観測された。と、 の振動の位相もきち６．まとめんと反対になっている。
では設計通りのバンプ高速偏光スウィッチングの為のバンプシステムをができていることが確認された。
リングに設置し、ほぼ設計通りのバンプを作ることバンプの漏れについては、FPM04、05、06で観測に成功した。今後、電流波形を任意波形にすることした（図3-(c)、(d)）が、全てリングの中で分散関数や、垂直ステアリングを使ってフィードフォワード補正を行うことを含め、バンプ外側の振動対策を行う予定である。

参考文献
小林幸則, “高速スウィッチングに対するリング軌道の安定化”, 「新BL-16高速可変偏光スウィッチング
軟X線分光ビームラインの検討」報告, KEK Internal
2005-7[2] S. Matsuba, et.al. “Fast local bump system for the helicity
switching at the photon factory” Proc. of EPAC 2008[3] S. Sasaki, “Analyses for a planar variably-polarizingundulator”, Nucr. Inst. A347 (1994) 83-86[1]

図速いの配置とオプティクスのリング対称点にがある。
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