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)

PRESENT STATUS OF SYNCHROTRON RADIATION SOURCES IN KEKTohru Honda1
Photon Factory, High Energy Accelerator Research Organization (KEK)
1-1 Oho, Tsukuba, Ibaraki, 305-0801
Abstract
In KEK, the Photon Factory storage ring (PF-ring, 2.5 GeV) and the Photon Factory advanced ring (PF-AR, 6.5
GeV) are operated as dedicated synchrotron radiation sources. Both rings continue stable operation about more than
5000 hours every year except the time of various reconstructions. Following the straight-sections upgrade in 2005,
construction of new insertion-device beamlines is promoted at the PF-ring. For the X-ray region, short-period small-gap
undulators are to be installed at the newly created short straight sections. And for the VUV-SX region, a fastpolarization-switching beamline is under construction at one of the elongated straight sections. In 2008 spring
shutdown, one circular/linear polarized undulator with a fast switching orbit bump system was installed. Top-up
operation of the PF-ring will start in 2009. A pulsed bending magnet as the first bend of the PF beam-transport line wasinstalled for the pulse-by-pulse beam sharing with the KEKB. Recently, a novel beam injection scheme using a pulsed
multi-pole magnet has been successfully demonstrated using a pulsed quadrupole at the PF-AR and a pulsed sextupoleat the PF-ring, respectively.

ＫＥＫの放射光源リングの現状
１．はじめになど準備を進めてきた。

Table 1: Main Parameters of the PF-ring and the PF-AR.
KEKでは蓄積エネルギー2.5 GeVのPF-ringと同じ
く6.5 GeVのPF-ARの二つの放射光源リングが稼動
Parameters
PF-ring
PF-AR
している。
Beam energy
2.5/3.0 GeV
6.5 GeV
PF-ARは1996年にトリスタン加速器のブースター
187 m
377 m
としての使命を終え、放射光源専用リングとなった。 Circumference
Natural emittance
35/50 nm⋅rad
293 nm⋅rad
2001年にリング全周のビームダクトと真空系を更新し[1]、放射光実験ホールの大規模な増築を行なった。 RF frequency
500.1 MHz508.6 MHz
リング真空の改善により著しくビーム蓄積寿命が改Injection energy
2.5 GeV
3.0 GeV
善され、蓄積電流値も増加した。改造前は２時間毎
Typical num. of bunches
280/280/1
1の入射が常態であったが、現在は一日２回の入射でInitial stored current
450/200/50 mA 60 mA
以前より高い平均電流値を保持している。多連のRF空洞の特性か、ウェーク場によるビーム不安定
Beam lifetime (at init.cur.) 50/75/1.3 hours 20 hours
性が強く、蓄積可能なバンチのフィルパターンは単Num. of insertion devices
96
バンチないし間隔を開けた数バンチモードに限定されている。ユーザー運転は専ら単バンチで行われて２．PF-RINGおり、逆にその特徴を生かして時間分解パルスX線
2.1 Operation
実験の光源としても積極的に利用されている。
2005年の直線部増強ではラティスの変更に伴い、
PF-ringは1997年にエミッタンスをそれまでの４分約半周分のビームダクトが更新された。PF-ringのの１にまで改善する高輝度化改造を行った。2005年
ビームダクトはアルミ合金製であり、冷却水チャンには直線部のラティスを改造し、新たに1.5 mの短ネルを備えたダクトの内壁で直接放射光パワーを吸直線部を４か所創り出すとともに既存直線部の大幅収している。従来は無酸素銅製であったクロッチアな延長を行った[2]。蓄積リングの直線部増強を受けて、挿入光源ビームラインの新設が推進されている。 ブソーバや挿入機器を保護する放射光アブゾーバはその多くがアルミナ分散強化銅(GlidCop)製に更新さ
PF-ringでは2009年度にトップアップ運転を開始するれつつある。改造後約２年半経過する間の、リング予定である。KEKBと共有する入射器(LINAC)では真空とビーム寿命と蓄積電流値の積(Iτ)の推移を図
PF-ringへのビーム輸送経路を変更し、また振分ベン１に示す。横軸は積分電流値(A h)である。電流値でドをパルス電磁石に変更するなどの準備が進んでい規格化した平均真空はすでに10-8 Pa/A台に到達してる[3,4]。蓄積リング側でも入射インターロックの整いる。これはガス放出の光刺激脱離係数η
備、横方向および進行方向バンチフィードバックの(molecules/photon)に換算すると10-7 台の値となり、整備[5]、パルス六極電磁石による新入射方式の開発
1

E-mail: tohru.honda@kek.jp-631-

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ほぼ改造前の値に回復している。
Sep. 24, 2005 - Jun. 30, 2008

10000

PF-ringで最長の直線部は2005年の改造によって、5 mから9 mに延長された。この長直線部を利用して高速スイッチング可変偏光アンジュレータの設置が進んでいる[7]。2台のAPPLEII型アンジュレータをタンデムに配置し、5台のキッカー電磁石を用いて軌道を振ることによって偏光のスイッチングを行う。
想定されるスイッチング周波数は10 Hzである。
2008年春に一台目の円偏光アンジュレータU#16-1とキッカー電磁石の設置が行われ（図2）、バンプ軌
道のスイッチングや高速軌道フィードバックの準備を開始している。2台目のアンジュレータを2010年に設置して全システムが完成する計画である。

10-2

User RunIτ

10-3

100

10-41010-5110-60.1
0.01
0.01

Pav/I

0.1

110100Pav/I (Pa/A)

Iτ (Amin)

1000

10-7
10-8
1000 10000

Integrated Current (Ah)

図１

直線部増強後２年半の真空とIτの推移(PF-ring)。

2007 年 度 の 当 初 に は ビ ー ム 寿 命 が 初 期 電 流 値
450mAで50時間に達し（Iτ～1350 A min）、年間を通して一日一回入射でユーザー運転を行った。グラ
フ上でIτが1000 A minを超えたあたりで伸びが鈍っている原因は2006年、2007年に3回発生した放射光アブゾーバの真空漏れと、対策として数多くの放射光アブソーバを更新したためである。一方でPF-ring
で推定されるTouschek寿命はIτ～1400 A minである。
したがって真空の改善による寿命の伸びはほぼ限界が近づいている。現に進行方向バンチフィードバッ
クにより完全に不安定性が抑制され実効的なバンチ体積が小さくなると、明らかな寿命短縮が観測される。今後はやはりすみやかにトップアップ運転に移行することが得策である。

図２ 円偏光アンジュレータU#16-1（奥）と軌道スイッチング用キッカー電磁石（桃色）。写真中央のダミー管部がU#16-2号機の設置スペース。

2.2 Insertion Devices
直線部改造によって新しく創り出された全長1.5mの短直線部は、極小ギャップのアンジュレータ設置に対応するため垂直方向のβ関数が0.4 mまで絞り込まれている。この短直線部に磁石長500 mmの短周期アンジュレータ（SGU）を置くと数keV～10keVの高輝度X線の発生が可能となる。現在SGU#03とSGU#17[6]の2台が稼働中で、最小ギャップ4 mmで運用されている。2009年には3台目の短周期アンジュレータSGU#01を設置する予定である。

Table 2: Parameters of the IDs at the PF-ring. U, MPW, SCW, CLPUand EMPW denote a planar undulator, a multi-pole wiggler, a superconducting wiggler, a circular/linear polarized undulator and an
elliptical multi-pole wiggler, respectively. The revolver has magnetic
configurations of four different periods. The λu, N, L, and G indicate aperiod length, a number of period, a total length of insertion devices anda minimum gap.
NameλuNL

Gy (Gx)

(m)

(mm)

U#02

60

60

3.60

28.0

SGU#03

18260.50

4.0

MPW#05

120

21

2.52

26.4

U(MPW)#13

180132.3427.1

1.20

50.0(mm)

VW(SCW)#14U(CLPU)#16-156

442.5621.0

SGU#1716290.50

4.0

U#1950,72,46,32,2.3030.0(Revolver)

100,164

23,14U(EMPW)#28160

121.9230.0 (110.0)

図３ LINACからPF-ringへのビーム輸送路の最上流に設置されたパルス偏向電磁石。

2.3 Top-up Operation
PF-ringでは2009年からトップアップ運転を開始する予定で準備を進めている。ビームシャッター開放での入射に対応するためのインターロック改造が2006年に行われ、Top-up Injection Modeが新しく作られた。トップアップ入射を許可する条件として一定以上の蓄積電流が存在する条件をとり入れ、蓄積リングの全電磁石やRF系の正常動作を担保している。2007年夏には入射ビーム輸送路の終端部にビームダンプとビームスリットが新設された。2008年1-632-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)

月にはLINACからPF-ringへの振分ベンドとしてパルスベンド（図３）が設置された。LINACは同一のオプティクスで8 GeVと2.5 GeVの電子を加速し、パルス毎に振分けることによってKEKBとPFへの同時連続入射に対応する。
PF-ringでは最近パルス六極電磁石を用いた新しい入射方式の実証に成功した[8]。入射効率やその安定性も通常入射と遜色なく、蓄積ビームにほとんど影響を与えない入射方式として、トップアップ運転に向けての実用化が期待されている。
Jan. 8, 2002 - Jun. 30, 2008

1000Iτ (2.5GeV)
Iτ (6.5GeV)

10-2

1010-3110-4

0.1

10-50.001
0.010.1

1

10

3.2 Insertion Devices and Beamlines
2001年に新しく北西実験ホール（NW棟）が建設されてビームライン増設に伴って４台の真空封止アンジュレータが製作された。2008年には開業以来の北東実験ホール（NE棟）において、アステラス製薬との共同事業でU#NE03ビームラインを蛋白構造解析ビームラインに作り変えるなど、実験ホールとビームラインの再整備が進められている。
Table 3: Parameters of the IDs of PF-AR. The U and EMPW
denote an undulator and an elliptical multi-pole wiggler,
respectively.

10-6

Pav/I (2.5GeV)
Pav/I (3.0GeV)
Pav/I (6.5GeV)

0.01

Pav/I (Pa/A)

Iτ (Amin)10010-1

2003年にRF空洞の故障が発生し、一部のRF空洞内壁への放射光照射が問題となった。問題のRF空洞を完全に保護するアブゾーバを挿入すると入射ビームに対する開口が確保できないため、可動アブゾーバが設計された[9]。RF空洞の間近に設置するので1 kW超のHOMパワーの流入が予測され、対策として水冷したSiC吸収体を備えている。2007年の設置以来、一日2回の入射時に良好に動作している。

100Name

図５N(mm)

10-71000 10000

Integrated Current (Ah)

図４λu

真空系改造後５年半の真空とIτの推移(PF-AR)。

L

Gy (Gx)(m)(mm)

EMPW#NE116213.3630.0 (110.0)

U#NE03

4090

3.60

10.0

U#NW02

4090

3.60

10.0

U#NW124095

3.80

10.0

U#NW14-363679

2.84

10.0

U#NW14-202075

1.50

8.0

3.3 Injection using a Pulsed Quadrupole Magnet
はじめにパルス四極電磁石を設置し、キッカー電磁石のパルスバンプを用いない新入射方式の実証を行ったのはPF-ARであった[10,11]。PF-ARでは通常の蓄積電流値まで到達可能な条件が限定され、パルス四極による蓄積ビームのプロファイル変動も観測された。いっそう蓄積ビームへの影響の少ない入射方式の開発を目指して、前述のようにPF-ringでパルス六極の実験が開始され、良好な結果を得ている。

PF-ARのRF空洞を保護するための稼動マスク。

３．PF-AR
3.1 Operation
2001年の真空改造でPF-ARのビームダクトは無酸素銅製、放射光アブソーバはGlidCop製となった。
図４に改造後現在まで５年半のリング真空とIτの推移を示す。積分電流値がようやく1000 Ahに達したところで、PF-ringの図１と比較すると積分電流値の積算が遅く、結果として平均真空Pav/Iは約２桁劣っている。蓄積エネルギーが6.5 GeVと高くダク
ト内壁に照射される光子数が多いことを差し引いても、まだ真空と蓄積寿命に改善の余地があると考えている。常時シングルバンチ運転ではあるが、計算上PF-ARの寿命は主として残留ガス散乱で制限されている。2006年から2008年にかけてスパッタイオンポンプを約60台増設して、その数を３倍増し総排気速度の増強を図っている。

参考文献
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]

Y. Tanimoto, et al., Proc. PAC2003, p809 (2003).
T. Honda, et al., AIP Conf. Proc. 879, p87 (2007).
Y. Ohnishi et al., Proc. LINAC2006, p46 (2006).
N. Iida et al., Proc. EPAC2006, p1505 (2007).
帯名崇, “KEK-PFにおける進行方向バンチ結合型ビー
ム不安定性の抑制”, in these Proceedings, TP023.
[6] S. Yamamoto et al., AIP Conf. Proc. 879, p384 (2007).
[7] 山本樹, “KEK-PFにおける高速偏光切り替え光源の開発”, in these Proceedings, TO09.
[8] 高木宏之,”PFリングにおけるパルス６極電磁石を用いた入射試験”, in these Proceedings, TP038.
[9] T. Takahashi, et al., Proc. PAC2007, p248 (2007).
[10] K. Harada and Y. Kobayashi, Phys. Rev. ST Accel. Beams
10, p123501 (2007).
[11] 高木宏之,” PF-ARにおけるパルス4極電磁石を用いた入射システムの現状報告”, in these Proceedings, TP039.

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