THE COMPONENT IMPROVEMENT OF THE SPring-8 LINAC
Shinsuke Suzuki, Hideki Dewa, Toshiaki Kobayashi, Tamotsu Magome,Akihiko Mizuno, Tsutomu Taniuchi, Kenichi Yanagida and Hirofumi Hanaki
Japan Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI/SPring-8)
Kouto, Sayo-cho, Sayo-gun, Hyogo, 679-5198
Abstract
In FY2011, the total operation time of SPring-8 injector linac were 4919.5 hours. The total downtime was 0.11%(The frequency of fault was 0.23 times per day) and as stable as the last few years. In order to reduce interrupt of thetop-up operation, we installed the system which automatically exchanges for a reserve klystron modulator when amodulator faults. Moreover, the steering magnets of a beam transport line from the linac to the synchrotron and toNewSUBARU were reinforced in order to give a margin to beam feed back system.

SPring-8線型加速器の機器改良
1．はじめにの共通パラメーターとしてパルス幅0.5nsビームを用いている。ただしNewSUBARU入射時は、線型加速器からNewSUBARUへ行くトランスポートにあるスリットでビーム電流を約1/3に、蓄積リングへはシンクロトロンから蓄積リングの途中のトランスポートラインで約1/2に各々別の理由ではあるが削って各々のリングへ入射している。

SPring-8線型加速器の運転開始（H8.8.8）より16年が経過しようとしている。昨年度(2011年度)は以前にも増して安定した運転を行うことが出来た。
2004年5月からは蓄積リングのTop-up運転が、2004
年 9 月 に は 、 SPring-8 と NewSUBARU の 両 方 同 時 のTop-up運転が始まり、現在も継続されている。
NewSUBARUでは1GeVでのTop-up運転のほか1.5
表1：線型加速器のビームパラメータ (ECS動作)
GeVへの加速運転も行っている。1.5GeV運転は必要
Synchrotron
Top-upに応じて1日1，2回の入射を行っている[1]。
Pulse Width
1 ns
40 ns
1 ns
このように頻繁に入射を行うTop-up運転中は、機Repetition
1 pps
1 pps
1 pps
器のフォールトやビーム調整によるビーム入射の中
Pulse Charge
1.7 nC 2.8 nC
0.66 nC
断を最小限にせねばならず、その入射器である線型dE/E (FWHM)0.45% 0.55%
0.32%
加速器には高度の安定度と信頼性が求められる。
Energy Stability (rms) 0.02%
0.01%
SPring-8線型加速器では、1998年よりビーム安定化のための改良およびフィードバック制御導入を進めて2011年度における線型加速器総運転時間は、4919.5
きており、2004年度末までにほぼその作業を終えた。
時間であった。蓄積リングのユーザータームは4058.5
また、信頼性向上についても、変調器をはじめ、各時間であり、入射器トラブル時以外は全てトップア機器の改良を続けており、スタンバイ変調器、ブーップ運転である。図1に2011年度のサイクル毎のインスター切り替え装置等に加え、電子銃の二重化を行
ターロックフォールト統計を示す。左のグラフは1日い、かなりのトラブルに早急な対応が出来るようにあたりのフォールト回数で、全てのサイクルに於いなった。て1日1回以下となっている。2011年度においては2010年夏にインターロックの改修が行われ、線型Top-up運転の中断は2010年度よりわずかに減少して加速器とシンクロトロンが独立に入室できるようにいる。右のグラフがTop-up運転の中断時間の比率でなった。その際に必要箇所に局所遮蔽を行った。2011ある。年度後半では非常にフォールトが少なく、特年から、フォールトした変調器とスタンバイ変調器に第7サイクルにおいては一度もフォールトしなかの自動切り替えを行い、Top-up運転の停止時間の更った。フォールトの原因はトリガーが出なくなるななる減少を目指している。二重化された電子銃も切
どローパワー系のタイミング系モジュールによるもり換えの偏向電磁石のステータスを自動読み込みし、の、真空悪化などがあった。タイミング系モジュー
インターロックを切り替えるPLCを設置し高速切りルのトラブルは数日に１回起こる事象で、その原因換えが可能なようにしている。
モジュールの調査に10回のフォールトが必要だったため比較的大きなダウンタイムとなった。モジュー
2．運転状況
ルの老朽化について全交換をすることは難しく、個々のトラブルに対応していくこととなるため、こシンクロトロンとNewSUBARUに入射するビームれからこの程度のダウンタイムが生じることを防ぐの種類を表1に示す。両蓄積リング同時トップアップのは難しい。トリガーのモニターを増強し、トラブ運転の際、入射経路切換における加速器パラメータルに迅速に対処することでダウンタイムを減らしての変更を最小限にするため、トップアップ入射専用- 891 -10.5

0.80.4Linac Down Time (%)

Fault rate (event/day)

いく。
図2に2005年からの運転統計を示す。2008年に電子銃バイアス回路のトラブルによる突出してダウンタイムの長いサイクルがあったが、機器の改良を繰り返した結果、漸次フォールトが減少しているのが分かる。各年度のダウンタイム率とフォールト率は2005年 0.589%, 1.10回、2006年 0.514%, 0.836回
2007年 0.458%, 0.664回、2008年 1.447%, 0.774回
2009年 0.609%, 0.472回、2010年 0.124%, 0.245回
2011年 0.109%, 0.231回となっている。

0.60.40.2
00.3
0.20.10

1 2 3 4 5 6 7 8
2011年度サイクル

ンのトリガータイミングを遅延させるモジュールにより行っており、制御は図3に示されるGUIによって行われ、事前にどのクライストロン変調器がフォールトしたときにどのクライストロン変調器と切り替えるかを指定しておく。切替時間は約1秒である。
初段のクライストロン変調器(H0)とECSにパワーを供給しているクライストロン変調器(M18)については役割を代替できる機器がないため、フォールトの際はビームが停止せざるを得ないが、2台目以降の11台のクライストロン変調器はフォールト時にスタンバイ号機に切り替えられ、Top-up運転を中断しない。切り替えた際のシンクロトロン電流を図4に示す。切り替える前の電流値は赤丸のH3及び青丸のM10で示され、これらは同じ値である。加速セクションが変わると途中のQ電磁石によりフォーカスが変化する。図4に示すようにM12,M14,M16のクライストロン変調器をH3と切り替えると電流の低下が大きいが、この3台のクライストロン変調器についてはM10と切り替えることにより電流の低減を20%程度の減少で押さえることができる。

1 2 3 4 5 6 7 8
2011年度サイクル

図1：2011年度フォールトのサイクル別頻度

Down time (%)

Fault rate (event/day)

2.5
21.5

図3

自動切替用 GUI

10.5043.5
32.5
21.5
10.50

2005 2006 2007 2008 2009
cycle

2010

2011

図2：2005-2011年度フォールトの履歴

3．	 クライストロン変調器自動切替
クライストロン変調器は管内真空、導波管真空、ノイズなどで3日に1回ほどのフォールトを発生する。それをリセットし、再立ち上げするまでにビームは停止され、Top-up運転は中断する。その中断時間を短縮するためにプログラムによる自動切り替えを導入した。切替はクライストロ- 892 -図４ モジュレータ切替時のシンクロトロン電流の変化

更なる省エネルギー運転対策として、シンクロトロンへの低エネルギー入射の試験運転を行った。通NewSUBARUやシンクロトロンへのビーム輸送系に漸常1GeV入射の所600MeVでの入射を行い、問題なく次のBPMの設置を行い、軌道を確認している。それらの入射できることを確認した。しかしながら、BPMを用いて出射軌道の自動補正を行っている。近年、 NewSUBARUが1GeVでTop-up運転を行っていること調整時間をあまり長くとることができないことと、省エネをからすぐに低エネルギー入射で運転することは想定目指してQ電磁石の励磁量を低く抑えているため、軌道していない。の変動量が大きくなる傾向にある。そのためしばしば軌
道補正用のステアリング電磁石が飽和してしまう。
6．今後の予定
それを解消するために、ビーム輸送系のステアリング
SPring-8蓄積リング及びNewSUBARU蓄積リング
電磁石を空芯の電磁石から鉄芯付きに代え、増強を行うにTop-up運転によるビーム供給を続けているが、近と共に、二組のステアリング電磁石の間隔を広げている。
年、大電流バンチによる蓄積リングのビーム寿命の2011 年夏に NewSUBARU 及び L3 ダンプ系へのビーム短い運転が増えてきている。現在の20秒程度を切り輸送系、2012 年夏にシンクロトロンへのビーム輸送系の替えサイクルとするビームの振り分けではビーム供改修を行った。 シンクロトロンへのビーム輸送系におい給に限界が見え始めている。そのため、ビームを1秒で振り分ける事ができるシステムを整備中である。ては新型コアモニター及び 6 電極ビーム位置モニター[3]第5節で述べたクライストロン変調器の駆動を変も設置し、ビーム形状の観測なども行う予定である。図 5
則4ppsとしているのは今後予定されているNS-Sy高に取り替えた鉄芯付きステアリング電磁石の様子を示
速振り替えで1秒の間にNewSUBARUとシンクロトす。
ロンに1発ずつ0.5秒の間隔を開けて入射できるようなシステムを整備中であることによる。これは各々ビーム入射の前に1発のプレトリガーにてクライストロン変調器を動作させ、PFNへの充電が済んだらすぐにメイントリガーで充電電圧がドロップしないうちにビームを出すようにするためである。
その他、入射部立体回路の真空化についても今後行う予定である。

4．BT系ステアリング電磁石等の配置変更

参考文献
図 5 交換したステアリング電磁石
手前と奥の 2 組の青の鉄芯の磁石が交換したもの。上部に見えるダクトはシンクロトロン[1] 高雄勝, for 加速器部門, “SPring-8加速器運転の現状”, 本学会論文集.
[2] 小林利明, その他, “SPring-8 1GeV 線型加速器モジ
ュレータの現状”, 本学会論文集.
[3] 柳田謙一, その他, “SPring-8 線型加速器六電極BPMシステムの開発”, 本学会論文集

5．省エネルギー対策、低エネルギー入射
東日本大震災以降の節電要求により、線形加速器の運転を従来の10ppsから5ppsへと変更している。また、13台のクライストロン変調器のうち２台を予備機として常時パワーを入れた状態でスタンバイとしていたが、節電要求期間中はスタンバイを1台とし、少しでも節電すべく実施している。今後の更なる対策として、モジュレータの運転を常時5ppsからプレトリガー方式の変則4pps運転を準備中である。繰り返しからすると20％の節約にしかならないように思われるが、プレトリガーとメイントリガーの間隔を16.6msに設定できるため、充電電圧のドロップが少なくなるので設定を大きく下げることができる。これは省エネルギーと共にクライストロンやモジュレータのコンポーネントの寿命を延ばす上では有効であると考えられる。変則4ppsである理由は第6節にて説明する。

- 893 -