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 KEKB
H. Koiso∗ , T. Abe, K. Akai, M. Akemoto, A. Akiyama, M. Arinaga, K. Ebihara, K. Egawa, A. Enomoto,J. Flanagan, S. Fukuda, H. Fukuma, Y. Funakoshi, K. Furukawa, T. Furuya, K. Hara, T. Higo, S. Hiramatsu,
H. Hisamatsu, H. Honma, T. Honma, K. Hosoyama, T. Ieiri, N. Iida, H. Ikeda, M. Ikeda, S. Inagaki, S. Isagawa,H. Ishii, A. Kabe, E. Kadokura, T. Kageyama,K. Kakihara, E. Kako, S. Kamada, T. Kamitani, K. Kanazawa,H. Katagiri, S. Kato, T. Kawamoto, S. Kazakov, M. Kikuchi, E. Kikutani, K. Kitagawa, Y. Kojima, I. Komada,T. Kubo, K. Kudo, N. Kudo, K. Marutsuka, M. Masuzawa, S. Matsumoto, T. Matsumoto, S. Michizono,
K. Mikawa, T. Mimashi, S. Mitsunobu, T. Miura, K. Mori, A. Morita, Y. Morita, H. Nakai, H. Nakajima,T. T. Nakamura, H. Nakanishi, K. Nakanishi, K. Nakao, H. Nakayama, S. Ninomiya, M. Nishiwaki, Y. Ogawa,K. Ohmi, Y. Ohnishi, S. Ohsawa, Y. Ohsawa, N. Ohuchi, K. Oide, M. Ono, T. Ozaki, K. Saito, H. Sakai,
Y. Sakamoto, M. Sato, M. Satoh, K. Shibata, T. Shidara, M. Shirai, A. Shirakawa, T. Sueno, M. Suetake,Y. Suetsugu, R. Sugahara, T. Sugimura, T. Suwada, S. Takano, S. Takasaki, T. Takenaka, Y. Takeuchi,
M. Tawada, M. Tejima, M. Tobiyama, N. Tokuda, Y. Yamamoto, Y. Yano, K. Yokoyama, Ma. Yoshida,
Mi. Yoshida, S. Yoshimoto, K. Yoshino,High Energy Accelerator Research Organization (KEK), Oho, Tsukuba, Ibaraki 305-0801, Japan
Abstract
KEKB has been operated with crab cavities since 2007. The peak luminosity reached 16/nb/s in the crab crossing
mode. This article presents recent progress of KEKB and near-term plans.

KEKB 加速器の現状
1.

運転の概要

期間の履歴が図 1 に、2007 年 10 月以降の履歴は図2 に表示されている。現在までの総積分ルミノシティ
は 854/fb に達し、ピーク・ルミノシティも 16.1/nb/s（有限角交差での最高値 の 94%）を達成している（表1）。図 1 から、クラブ交差によって、有限角交差の場合より低い HER 電流で効率よく高いルミノシティを得ていることが見てとれる。

KEKB B-ファクトリーでは、2007 年 2 月に世界初のクラブ交差によるビーム運転が開始された [1] 。ク
ラブ軌道をリング全周に伝播させるグローバル・クラブ方式が採用され、3.5GeV 陽電子リング (LER) と8GeV 電子リング (HER) それぞれに超伝導クラブ空洞が１台ずつ設置されている [2] 。

重心系エネルギーはほとんどの期間 Υ(4S)(10.58GeV) であったが、Belle 実験グループの要請により
Υ(5S) 近傍 (10.83 - 11.02 GeV) と Υ(1S)(9.46 GeV)での運転も行なった。

2007年2月から
クラブ交差

１日毎のルミノシティ最高値
1034 cm-2s-1=10 /nb/s- winter shutdown -１日の積分ルミノシティHER 0.95 A
600 /pb/day

蓄積電流
LER 1.62 A

Υ(5s)Peak: 16.1 /nb/s
Daily: > 1 /fb/s

総積分ルミノシティと効率

Υ(1s)連続入射モード(CIM)

3.5

図 1: KEKB の履歴
クラブ交差開始後 2007 年 6 月までは、主に小電流・小数バンチ（98 nsec = 49 rf bucket spacing、100 バンチ）での衝突調整が行なわれ、2007 年 10 月以降は大電流で順調に物理ランが遂行された [3, 4] 。KEKB 全∗ E-mail: haruyo.koiso@kek.jp-1-3.06 buckets

図 2: クラブ交差による物理ラン (2007 年 10 月から 2008 年 6 月) の履歴。LER 電流は主にクラブ空洞 HOM 吸収体保護の観点から〜1.62A に制限されている。

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)

表 1: KEKB のビームパラメタ。左からそれぞれ、クラブ交差での最高値、クラブ以前 22 mrad 交差での最高値、設計値、に対応するパラメタを示す。
5/19/2008
11/15/2006
DesignLER HERLER HERLER HER
Current
1.61
0.93
1.65
1.33
2.6
1.1
A
Bunches
1584
1389
5000
Current/bunch
1.01
0.59
1.19
0.96
0.52 0.22mA
Spacing
1.8 or 2.4
1.8 or 2.4
0.6mEmittance εx152418241818nm
βx∗909059563333cm
βy∗0.59
0.590.650.59
1.01.0cm
Hor. Size @IP
116
134103116
7777µmVer. Size @IP
1.1
1.1
1.9
1.9
1.9
1.9µm
ξx.099
.119
.116
.134
039.039
ξy.097.092.101.056.052 .052
Luminosity
16.10
17.12
10/nb/s∫
Lum/1, 7, 30 days 1.092/6.49/23.0 1.232/7.82/30.21∼ 0.6/ - / /fb

Specific Luminosity
2.58 sp.
2.72 sp.

Crab crossing

2.88 sp.

49 sp. βx* 80, 84 cm 18/24 nm

3.06 sp.

Simulation
head-on90 cm
18/24 nm
90 cm
15/18 nm

80 cm
24/24 nm

Simulation
22 mrad3.27 sp.

3.5 rf-bucket spacing

βx* 150 cm

90 cm
24/24 nm
90 cm
15/24 nm

22 mrad crossing
3.5 sp

図 4: 平均バンチ間隔を変えた場合のルミノシティ推定値。電流比は実績に従って ILER /IHER =1.705 とした。

図 3: 様々な運転条件におけるスペシフィック・ルミノシティ。破線はビームビーム・シミュレーションによる予想値 [5] を表している。

2.

クラブ空洞電圧とクラブ角√βxC βx∗ cos(|ψx∗ − ψxC | − πνx )2 sin(πνx )ルミノシティ調整

3.1

バンチ間隔

図 3 に見られる様に、クラブ交差におけるスペシフィック・ルミノシティは、バンチ電流積が大きくなるに従い、シミュレーションの予想値から離れ、直線的に低下する。この傾向を図中の実線で近似し、バンチ間隔を変えてルミノシティを推定すると図 4 になる。

グローバル・クラブ方式では、衝突点におけるクラブ角 θx は

ωrf VCθx =cE3.

(1)

有限角交差の場合、電子雲による LER 垂直ビームサイズ増大を避けるため、最短バンチ間隔は平均 3.5と表される。衝突点とクラブ空洞の位相差は (n + rf バケットに制限されていた。クラブ交差では平均1)π に合わせる。実用可能なクラブ空洞電圧 VC に応 3.06 バケットまでバンチ間隔を短縮することが可能
2
じて、θx =11 mrad （衝突点における軌道交差角の半 となり、ルミノシティ向上に結びついている。3.06 バ分）となるように、衝突点とクラブ空洞の β 関数 βx∗ 、 ケット間隔でも、49 バケット間隔の場合とほぼ同じβxC を調整する。現在の標準的な VC は 0.825(LER)、 スペシフィック・ルミノシティに達している。現状の1.367(HER) MV であり、クラブ空洞の冷却を強化し、 LER 電流ではさらにバンチ間隔を短縮する利点はほさらに VC を上げる予定である。
とんどない。
-2-

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)

crab cavity

Simplexscan
この部分を変更する

Luminosity

図 5: LER クラブ空洞部オプティクス変更予定。βxの最大値を下げる。
図 7: ルミノシティ調整の履歴。１パラメタ毎のスキャンが基本であるが、複数パラメタの downhill simplex法による最適化も効果を上げている。

例えばA~Fまで6種類の6極設定値の候補を準備.
BeamCurrent

シンクロベータ共鳴を横切る時のビームロスが最も少ないものを採用する.
Difference between “A” and “D”

Sextupoles A

B C D E F
54 sextupole families
Dが最良.

Jumped from νx =0.516 to 0.506.
νx=.512 is the resonace2νx+νz=integer19

図 6: 6 極最適化の例。自由度は LER/HER で 54/52。

3.2βx∗ 、εx 、αp2007 年 10 月以降、物理ランの過程で以下のように、衝突点 β 関数、水平方向エミッタンス εx 、運動量圧縮率 αp について様々な設定を試みた。主な結果を図 3 に示す。（(∗) は小数バンチ運転。）
LER
HER80, 90, 100, 150(∗)
15, 18, 2418, 24(∗)-6.4 , 3.2∼3.3 -3.4(∗) , 3.4

けている（νx 端数部は LER/HER で 0.505/0.509）。
これは同時にシンクロトロン・ベータトロン共鳴線
2νx + νs = integer に近く、単独ビームでも寿命・ビームサイズに影響が出る。
共鳴線の強さはクロマティシティ補正に大きく依存する。KEKB では 6 極磁石の自由度が大きく、クロマティシティ補正の選択肢が非常に広いが（図 6）、モデル計算による評価と現実の性能は食い違う場合が多い。今後、オフ・モーメンタム・オプティクスを含めた、さらに高精度のオプティクス測定・補正を目指す。
シンクロトロン・ベータトロン共鳴が差共鳴 2νx −νs = integer となり、影響が緩和されることを期待して、これまでに２回負 αp での運転を試みた。初回に LER で発生した単バンチ縦方向不安定性は、今回αp の絶対値を２倍にすることで抑制されたが、安定な運転条件は確立できなかった。

3.4調整ノブルミノシティ調整のために 20 以上の局所的調整ノブが用意されている（衝突点の垂直方向ウエスト・x-yカップリング・ディスパージョン、クラブ空洞でのx-y カップリング等）。現状ではこれらのノブを、ルミノシティ・ビームサイズ・寿命のみを観測量として現在、ビーム寿命減少のため衝突パラメタ（例え 最適化している（図 7）。現在進行中の、電子・陽電
ば、衝突点における両ビームの水平方向オフセット） 子同時入射 [6] の実現により、ノブ調整の大幅な効率を適切な値に維持できないことが、 大バンチ電流領 化が期待されている。
域でのルミノシティ低下原因の一つと考えられている。ビームビーム効果によるオプティクスの乱れを考 参考文献
慮すると、LER ビーム寿命は、クラブ空洞放射光マスク部のアパーチャによって制限されている可能性 [1] T. Abe et al., Proceedings of PAC2007, pp.27-31.
が高い [3] 。その対策として、βx∗ が大きく（ 150 cm）、 [2] T. Hosoyama et al., Proceedings of SRF2007, MO405.
βxC が小さいオプティクスを試み、保持できるバンチ電流は増加したが、ルミノシティ向上には至らなかっ [3] T. Abe et al., Proceedings of PAC2007, pp.1487-1489.
た（図 3）。今後 LER クラブ空洞部の４極磁石配線を [4] Y. Funakoshi et al, Proceedings of EPAC2008, pp.1893変更し、更なるアパーチャ 拡大を図る（図 5）。
1897.

βx∗
εx
αp

3.3

cm
nm
10−4

シンクロトロン・ベータトロン共鳴[5] K. Ohmi et al, Proceedings of EPAC2008, pp.2596-2598.

高ルミノシティを得るために、KEKB では水平ベータトロン・チューン νx をできる限り半整数に近づ[6] Y. Ogawa et al, in these proceedings.
-3-