CERN Courier 7-8月号

LIU(LHC入射器アップグレード)-RFの現状とCERNメイラン地区加速器の広帯域化
Status of LIU (LHC Injector Upgrade) RF collaboration andwideband cavities in CERN Meyrin campus accelerators
大森 千広（KEK/J-PARC），Paoluzzi Mauro（CERN），
田村 文彦（JAEA/J-PARC），
長谷川 豪志，杉山 泰之、吉井 正人（KEK/J-PARC）

contents• LIU（LHC 入射器アップグレード）とは• LIU‐RFへの日本の貢献
• PSB
• PS

• CERNメイラン地区加速器の広帯域化

加速器学会 北大キャンパス講堂（2F)LIUとは• LHCのルミノシティを向上させる➡HiLumi LHC計画• LIU：HiLumi LHCに必要な、LHC入射器のアップグレード計
画• 例えばPSBでは• RFの強化、交換• 負水素イオン入射• 2GeV取り出し

加速器学会 北大キャンパス講堂（2F)LIU-RF collaboration
PSBの加速空洞の広帯域化の検討（フェライト空洞のバックアップ）• J-PARCとPSBでのビーム試験、広帯域空洞を駆動する半導体アンプの放射線照射試験を経てPSBのフェライト空洞の置き換え• 2016年より量産開始
PSの縦方向結合バンチ不安定性対策の広帯域空洞の検討• 2014年からダンパー空洞試験➡良好な結果• 加速器学会では• 2014年：「LHC入射器アップグレードのためのラドモンを使った半導体の放射線損傷試験 」• 2015年：「ＬＨＣ入射器アップグレードのためのＰＳＢ空洞とダンパー空洞の国際共同研究」
加速器学会 北大キャンパス講堂（2F)

PSB広帯域空洞• J-PARC MRの高繰り返し化のために開発した金属磁性体（Magnetic Alloy）‐ファインメット®FT3L空洞技術
を応用

Ｊ-PARC

CERN

J-PARCで開発した磁場中熱処理装置で熱処理したFT3Lリングを使用
加速器学会 北大キャンパス講堂（2F)

PSB広帯域空洞• J-PARC MRの高繰り返し化のために開発した金属磁性体（Magnetic Alloy）‐ファインメット®FT3L空洞技術
を応用

Ｊ-PARC

CERN

J-PARCで開発した磁場中熱処理装置で熱処理したFT3Lリングを使用
加速器学会 北大キャンパス講堂（2F)

磁性体（MA）コアの量産結果
KEKから132枚の製造を貢献

バラツキの低減

安定して342枚を製造

加速器学会 北大キャンパス講堂（2F)

PSB広帯域空洞‐量産機(28台)
６セル構造
FT3Lリング
冷却銅板
半導体アンプ
横づけ構造
セル当たり700Vの電圧を半導体アンプで出力
Multi-Cell構造で、故障時にそのCellだけをショートすることでビーム運転を継続
加速器学会 北大キャンパス講堂（2F)

PSB広帯域空洞‐量産機(28台)
６セル構造
FT3Lリング
Beam

冷却銅板
半導体アンプ
横づけ構造
セル当たり700Vの電圧を半導体アンプで出力
Multi-Cell構造で、故障時にそのCellだけをショートすることでビーム運転を継続
加速器学会 北大キャンパス講堂（2F)Available space in the machine.
Three sections presently attributed to the C02 and C04 RF systems: 7L1, 10L1 and 13L1
C02 Rings 2 and 4

C02 Rings 1 and 3

C04 All rings

M. Paoluzzi
September 14th - 2015

C16 All rings

Proposed layout in the ring.
All sections covering C02 and C04 ranges
Multi-harmonic operation including h1, h2 and h10: no need of preliminary
C02, C04
C16
function attribution.
Finemet低損失のFT3L空洞にすることで、加速勾配が増え、空きスペースが生まれた。
FinemetM. Paoluzzi
September 14th - 2015

FinemetCavities arrangement.

Ring4Ring3
Ring2
Ring1

New Systems will be installedin 3 straight sections in LS2.

PSB広帯域空洞のビーム試験☚ 機器の入っていなかった場所のRing4にテスト用の空洞を設置。
Ring1の下がリング外周側への通り抜けスペースになっている。

CERNでの試験結果
Fundamental RF-- OK
2nd harmonic RF-- OK
Reliability run-- OK
LHC25ns & LHC50ns type beam-- OK
加速器学会 北大キャンパス講堂（2F)PSBフェライト空洞
2次高調波空洞

基本波空洞

この他、高調波空洞も交換
加速器学会 北大キャンパス講堂（2F)今回の話とは関係ないが4階建てなので入出射は大変

周回

加速器学会 北大キャンパス講堂（2F)今回の話とは関係ないが4階建てなので入出射は大変
１➡２➡４

周回

加速器学会 北大キャンパス講堂（2F)今回の話とは関係ないが4階建てなので入出射は大変
１➡２➡４４➡２➡１

周回

加速器学会 北大キャンパス講堂（2F)

PSB空洞量産

6月1日に初号機完成
加速器学会 北大キャンパス講堂（2F)CERN Meyrin地区の広帯域化①• PSの結合バンチ不安定性対策空洞にも協力（LIU）

加速器学会 北大キャンパス講堂（2F)

-結合バンチ不安定性強いビームが構造物を通過するとs

電場電圧が誘起されることがある。
後ろのバンチが影響を受ける
ことで不安定になる→結合バンチ

ノード数のイメージ（実際は進行方向）-結合バンチ不安定性強いビームが構造物を通過するとs

電場電圧が誘起されることがある。
後ろのバンチが影響を受けることで不安定になる→結合バンチ

ノード数のイメージ（実際は進行方向）-結合バンチ不安定性強いビームが構造物を通過するとs

電場電圧が誘起されることがある。
後ろのバンチが影響を受ける
ことで不安定になる→結合バンチ

ノード数のイメージ（実際は進行方向）-結合バンチ不安定性強いビームが構造物を通過するとs

電場電圧が誘起されることがある。
後ろのバンチが影響を受けることで不安定になる→結合バンチ

ノード数のイメージ（実際は進行方向）-結合バンチ不安定性強いビームが構造物を通過するとノード数のイメージ（実際は進行方向）s

電場電圧が誘起されることがある。
後ろのバンチが影響を受ける
ことで不安定になる→結合バンチ
次のSPSでの加速のためバンチを分割

-結合バンチ不安定性強いビームが構造物を通過するとノード数のイメージ（実際は進行方向）s

電場電圧が誘起されることがある。
後ろのバンチが影響を受けることで不安定になる→結合バンチ
次のSPSでの加速のためバンチを分割

-結合バンチ不安定性強いビームが構造物を通過するとノード数のイメージ（実際は進行方向）s

加速中電場電圧が誘起されることがある。
後ろのバンチが影響を受けることで不安定になる→結合バンチ
次のSPSでの加速のためバンチを分割

-結合バンチ不安定性強いビームが構造物を通過するとノード数のイメージ（実際は進行方向）s

加速中

電場電圧が誘起されることがある。
後ろのバンチが影響を受ける
ことで不安定になる→結合バンチ

FT
次のSPSでの加速のためバンチを分割

PS Instability Damper Operation

H. Damerau HB2014

Latest Result in 2016
All 10 signal processing chains are working and we have regularly delivered
2 10^11 ppb (72 bunches spaced 25 ns) with very good longitudinal beam
quality for tests in the SPS.
結合バンチ➡WEP081 J-PARC主リングにおけるビームの縦方向振動解析
加速器学会 北大キャンパス講堂（2F)CERN Meyrin地区の広帯域化②
反物質工場！

我々の広帯域‐MA空洞技術はCERNの他の加速器にも役立っている
・反陽子の減速：ELENAリング
・医療用：MedAustron・重イオン入射器：LEIR
2019年にはADも含めMeyrin地区で稼働中のすべてのリングに広帯域空洞
導入➡「メイラン地区の広帯域化！」
加速器学会 北大キャンパス講堂（2F)実はもう一つ重要なアイテムが• 半導体アンプを放射線環境下で使うための、試験と開発研究• PSB相当の環境下での使用・・・・ OK• 更に進んで kGyで使えるkW級のアンプ• 今回は割愛

加速器学会 北大キャンパス講堂（2F)まとめ• 2002年から金属磁性体（Magnetic Alloy）‐広帯域空洞についてCERNと共同研究が続いている• CERN Courier 7-8月号、CERN Bulletin #29-30• 2012年からLIU（LHC入射器アップグレード）のためのPSBとPSの空洞入れ替え、ダンパー空洞の開発で協力：• PSBでは広帯域空洞システムの量産が進んでいる• PSではHiLumi LHCのためのビームスタディが進んでいる• CERN Meyrin地区の他の加速器（&減速リング）にも広帯域空洞が普及している• 1セル空洞を8月20日J-PARC施設公開にて展示予定
関連発表
WEP040 J-PARC MRにおける金属磁性体コア（FT3L）を用いたRF空胴の運転状況と真空コ ンデンサの開発
WEP081 J-PARC主リングにおけるビームの縦方向振動解析
THOL16 J-PARC RCS のためのベクトル rf 電圧制御システムの開発
加速器学会 北大キャンパス講堂（2F)