Proceedings of the 20th Linear Accelerator Meeting in Japan ( September 6—8,1995, Osaka Japan)

令-8
PRE-INJECTOR OF THE KEKB LINACAND
ITS PERFORMANCE
Ohsawa S” Ogawa Y.t Yokota M.*, Kamitani T” Choi J.-Y., Enomoto A , Sato I.
National Laboratory for High Energy Physics (KEK)
1-1 Oho, Tsukuba，Ibaraki 305, Japan
ABSTRACTThe PFIinacs are under upgrade to 8 Ge V in order to meet requirements of the K E K B-factory project. The pre­injector of the linac has been improved to be able to accelerate high-intensity single-bunch beams. Almost of mainelements have been installed except for the first sub-harmonic buncher. Configuration and design values are given.
Beam characteristics measured recently are discussed comparing with simulation predictions.

K EK B リ ニ ア ッ ク の 入 射 部 と そ の 性 能
1 . 始めにKEK B-Factoryでは、 リングに入射器から直接入射することになっており、 P F リニアツクでは現在、その生装置で今年の 6 月まで使用していたもを再利用する。

KEKBで は SHBの周波数が現状と異なるが、 これは入射器から入射するビームを、 リングの加速周波数と同期ための増強作業を進めている。今回の最重要課題は、 電させる必要性から生じたものである。 リングと入射器の子 ビ ー ム を リングに直接入射するために 8-GeV ま で加速周波数を同期させるためには、それらの間に簡単な整数することと、入射時間を現実的な値にするために、陽電関係が必要である。 リングの加速周波数を現状から大き子 ビ ー ム の 強 度 を 現 在 の 2 0 倍に増強することである

く変更しない（300 kHz 以下）条件で、共通の周波数を[1]。 そこで入射部に求められる課題は、大電流単バンチ
ビ ー ム （〜 15nC 、〜 lO ps) の 生成と安定な加速である。
入 射 部の改 造は 1992 年から先行してスタートしており、ま だ最終的な形にはなっていないが、主要部分は既に PF
2.5-GeV リニアックに設置済みで、現在大電流単バンチの加速試験を行っている [2]。

さがした結果が、表 1 である [3]。 リングに同期したビー

この論文では、入射部の改造後の現状と試験結果、 及ムを得るためには、SHBの周波数は次の 2 条件を満たさなければならない。 （1 ) 共通周波数の整数倍である。

( 2 ) リニアックの加速周波数の整数分の 1 である。 これらの条件を満たす周波数は、表 1 に載せた以外に、5x5倍 の 259.6 MHzがあるが、既存の装置を最大限再利用する観点から、表 1 の周波数を SHBに採用した。

び KEKB での変更点等について報告する。
表12 . 入射部の構成と KEKBでの変更
KEKBのバンチヤ部は、電子銃から取り出した比較的幅 ( 〜 2 ns)の広い パ ル ス 電流を、多段の集群要素 (SHB1，2;Prebuncher 1,2; Buncher)で最初はゆっくり集群させ、加入射の周波数と KEKBリングの加速周波数の関係
装置, 共通周波数

SHB1SHB2

速電界の強いバンチヤでバンチを最小にし、かつ急速に加速する設計になっている。 こうすることにより、大電リニアック流でも幅の短い単バンチを得ることができる。 また低いKEKBリング

倍数

1115x115x5x117x7

周 波 数 (MHz)10.385114.240571.200
2856.000
508.887

周 波 数 の SHB1 を採用しているので、電子銃から取り出す ビ ー ム の パ ル ス 幅を設計値より大きくすることも可能
で、単バンチの電荷量に余裕のある設計になっている。

次 に KEKBで変更になるパラメ一夕は、RFのパワーである。 これまでは入射部の安定性がより重要であるとい

現 状 で は SHBは 、 476 MHz の SHB2の み で あ る が 、次の冬季保守期間中に 、 119 MHzの SHB1を追加設置する予定で あ る 。 こ の SHBは 、 シ ャ ッ ト ダ ウ ン し た 陽電子発う観点から、 1 0 年来エージング時を除いてクライスト
ロンの出力を〜21MW に抑えて使用してきた。新しいクライストロンでは、出 力 が 2 倍 （41M W ) になる。 これ* 現在の所属は核融合科学研究所であo- 1 0 3 -にともなって、バンチヤと後続の 2m 加 速 管 2 本の加速電クライストロン

界が、パルス圧縮器なしで、そ れぞ れ 20M V/m と 12MV/m

周波数に増加する。

出力パワー

2856 MHz
2 1 (27) MW

41 MW

エネルギー

40 MeV

60 MeV

エネルギー幅

0:6 %

0.6 %

バンチ幅

〜 10 ps〜 10 ps

電荷量（単バンチ）〜 lOnC〜 15 nC

出力ビーム
表2

入射部の現状と KEKBでの設計値の変更
現状電子銃
力ソ ー ドアセンブリー
加速電圧/幅
グリッドパルス
規格化エミッタンス

KEKB

ディスペンサー（EMACY-796)

200 kV/2^is〜 3 0 0 V /ln s〜 3 0 0 V /2 n s

3 . 1 電子銃とエミッション電流

SHB1型式

リエントラント型

シヤントインビーダンス

周波数〜 1 MQ(119 MHz)114.24MHz

リエントラント型

シヤントインビーダンス

一夕電流を上げれば、 1 5 A までのエミッション電流が安〜 1 MQ

476 MHz

温度制限領域になる。 ヒータ電流を更に上げれば、エミッション電流をさらに増やすことも可能である。

571.20 MHz(周波数

電子統のアノード位置を変更し、大きなエミッション電流が得られるように微小な改造をした。 これによりヒ定に得られるようになった。最大電流では、使用範囲がSHB2
型式

3 . 入射部のビーム特性

7 7C.mm.mrad.

v

Prebuncher 1
周波数2856 MHz

空洞数

7

位相速度0.7 c

充填時間

12 ns
16.0 MQ/m

加速電界強度〜 0.3 MV/m

Prebuncher 2型式

進行波型、2 k / 3 , 定インピーダンス

周波数2856 MHz

空洞数

58 ns

シヤントインビーダンス

15.0 MQ/rn

加速電界強度〜 1.5 MV/m
図 2 . 力ソード温度のヒータ電流特性

Buncher型式

進行波型、2 t c / 3 , 定電界型

周波数2856 MHz

空洞数

6 (B 部） / 2 9 ( ノーマル部）

ディスク孔内径22.44 〜 19.3 mm

位相速度0 .7 7 ~ 0 .9 9 /1 .0 c

充填時間<MT30.7 c

充填時間

図 1. エ ミ ッ シ ヨ ン 電 流 の グ リ ッ ド パ ル ス 電 圧 特 性

036.89 mm

位相速度.

(3 )
aonB
Jadu!
aHI ^ B 3

シヤントインビーダンス

ディスク孔内径235.74 mm日«

ディスク孔内径1«進行波型、2 tc /3 , 定インピーダンス>§

型式

48 n s /ns

加速電界強度

15 MV/m

20 MV/mRF パヮー

10 MW20 MW

3 . 2 バンチヤのシミュレーションと測定結果(1 )シミュレーション結果

バンチヤ部の設計にはシミュレーションコード ”PARMELA” を使用した。図 3 は、現状の構成の場合の 1 例である。1 0 A /ln s ( = 1 0 n C ) のビームについて計算したもので、SHB (476MHz)の入り口からバンチヤ出口までの集群の様子を示している。 このときのバンチの半値 幅 （FWHM)は 8ps で、透 過 率 が 93%である。

ところで KEKBでは、 クライストロンの出力が 2 倍に増大する。 これは、バ ン チ ヤ の 集 群 力 （電界）が増大し、ビームの空間電荷効果が相対的に減少することを意味する。従ってこの場合には、 電荷量が大きくなっても、 小さなバンチ幅まで集群できる可能性がある。実際 、KEKBの構成で計算したところ、 10A/2ns (=20nC) のビームの場合に、バンチ幅が 4 ps (FWHM)で、主バンチの透過0204060

率 が 95%になるという結果が得られている [4]。

80100120140160180

Sweep Time (ps)
図 5 . 主 バ ン チ の バ ン チ 形 状 ： バンチ幅 =15.1ns(FWHM) 、電 荷 量 =1 2 .9 n C , ス リ ッ ト 幅 = 3(Him、 単一シヨット@ 3 . 既設の入 射部における集群のシミュレーション： SHBは 476MHz
のみ、入 力 ビ ー ム は lO A /lns ( = 1 0 n C ) である。

Sweep Time (A.U.)( 2 ) 測定結果
以下に単バンチビ ー ム の 測定結果を示す。S H B は定したものである。バンチ幅は、シミュレーションの予測値よりも常に大きく測定されるが、変化の傾きはほぼ一致している。バンチ幅の測定値が計算値と一致しない
原因には、次のようなことが考えられる。 （1 ) RF ノ、。
ワ一が設計よりも小さく、バ ン チ ヤ の加速電界が設計値よbfPQり低い。 （2 ) ス ト リ ー ク カ メ ラ の 分 解 能 （2ps)が影響

o E__i --- ig £している。 （3 ) バンドパスフイルターを使用していな

図 5 と図 6 は、12.9nC のビームをストリークカメラで測 定 し た 1 例である。図 5 から主バンチの形状がわかり、
図 6 からサテライトバンチの様子がわかる。

i----i i i i-------i i--- i
2 写 琴 ？
？ 守 导 导Ll i i i i s i s s i s| ^^M^^

いため、色収差が悪影響を及ぼしている。 （4 ) バンチ
ャ部要素が設計通りに作られていない。詳細はまだ不明。

電 荷 量 =12.9nC ， スリット幅 =30jim 、 単6 5 al J B q
日Q S476MHzのみの場合である。単バンチとはいえ、いずれの場合もサテライトバンチが数 0/0〜 1 0 %ある状態で測図 6 • 単バン チの純度：
一 シ ヨ ツ ト

Position of Wall Current Monitor
図 7 . ビー ム の 透 過 率 ：WCM0-40 が入射部の出口に対応する。

4 . 結論と今後の方針
測定したビーム特性は、 概ね設計値と一致している。

ビームの透過率の測定値（
図 7 ) は、入射部の出口で今後は、更に電荷量の多い単バンチビームの生成と加速90%以上である。 これはシミュレーションと一致する。

試験を行うが、現状の構成では単バンチの電荷量が 10nCでほぼ限界であるので、 119MHzの S H B を追加する。
この場合にはバンチ幅が〜 20ps まで増加することが予想(sd)

される。幸 い R F パワーにはまだ 30%程余裕があるので、パワーを増やしてバンチ幅の変化を測定し、K EK B でRF パワーが倍増される前に、バンチヤの加速電界を大き5Ingくすることが、バンチ幅を短くするのに有効な方法であることを実験的に確認したい。

参考文献
Beam Charge (nC)
図 4 . 単 バ ン チ の バ ン チ 幅 と ビ ー ム 電 荷 量 ： 黒丸が測定点で、 白丸が計 算値。実線と点線はそれぞれのフイッテングラインを表わす。 ストリークカメラの分解能は 2ps である。

[1]I Sato ; Contnbution to this meeting[2] S. Ohsawa et aL, LDSIA.C94, Tsukuba,19料 pl93-195[3] T. Ufcano;pdvate ajmmimication[4| J.-Y. Choi et aL; Contribution to this meeting