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)

EXCITATION OF HEAD-TAIL OSCILLATIONFOR GENERATION OF SHORT PULSE SYNCHROTRON RADIATION
Kazuhiro Tamura1, Kenji Fukami, Chikaori Mitsuda, Akira Mochihashi,
Takashi Ohshima, Jun Schimizu, Yoshito Shimosaki, Kouichi Soutome
Japan Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI/SPring-8)
1-1-1 Kouto, Sayo-cho, Sayo-gun, Hyogo, 679-5198
Abstract
Aiming at generating short pulse synchrotron radiation, excitation of head -tail oscillation of a stored electron bunch
was tested at SPring-8 storage ring. By giving pulsed vertical kick, head-tail oscillation of an electron bunch wassuccessfully excited due to nonzero vertical chromaticity. In this report, the experimental setup and beam motion
observed with a visible streak camera are presented, and the beam motion is compared with the simulation results.

短パルス放射光生成のためのHead-Tail振動励起
周波数72.65MHz（=fRF/7））と水平掃引を可能にする二時間軸拡張ユニット（最大掃引周波数10Hz）が放射光用電子蓄積リングにおいて、ピコ秒あるい装着されている。水平掃引のトリガー系には可変のはそれ以下の時間幅の短パルス放射光を生成する
ディレイを入れ、キック後の観測したい時間領域を様々な方式の検討が行われている。その一つとして、 選択できるようにしている。
パルスキッカーで電子ビームを鉛直方向にキックし、表1にSPring-8蓄積リングの諸パラメータを示す。
電子ビームを鉛直方向に傾かせる方法が提案されている[1]。鉛直方向のダイポールキックを電子ビーム
表1 SPring-8蓄積リングの諸パラメータに与えると、クロマティシティが0でない場合にはEnergy
E
8 GeV
シンクロトロン振動とベータトロン振動が結合してRF frequency
fRF 508.58 MHz
Head-Tail振動が起こり、バンチの鉛直方向の傾きがHarmonic number
h2436
成長していき、シンクロトロン振動の約半周期でそRevolution period
Trev 4.79μsの傾きは最大となる。電子ビームを鉛直方向に傾か2.2 kHz
Synchrotron frequency
fs
せる事ができれば、例えば、スリットを用いること
Betatron tune
（40.1449, 18.3506）
により短パルス放射光を得る事ができる。
本稿では、SPring-8蓄積リングにおいて行った短508.58MHz
パルス放射光生成のためのHead-Tail振動励起試験の概要とこれまでに得られた結果について述べる。
Kicker Timing Source (1Hz)

１．はじめに

２．Head-Tail振動励起試験の概要
SPring-8蓄積リングにおけるHead-Tail振動励起試
験の概要を述べる。図1に試験システムの全体図を示す。試験システムは、鉛直キッカーとその電源、電子ビームの振る舞いを調べるビームモニター、および各機器の動作を制御するタイミング系で構成され る 。 今 回 の 試 験 で は 、 シ ン グ ル パ ス BPM（SPBPM）、可視光ストリークカメラ（浜松ホトニクス社製：C5680）の二種類のビームモニターを用いて、鉛直キック後の電子ビームの重心位置、Head-Tail振動の様子を観測した。本システムでは、キッカー、SPBMおよびストリークカメラには同一の1Hzタイミング信号をトリガーに用いており、キックと同期して電子ビームの重心位置、振動を測定できるシステムとなっている。ストリークカメラには鉛直掃引用のシンクロスキャンユニット（掃引1E-mail: tamura@spring8.or.jp
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SPBPM
Electronics

KickerPower Supply

1/7
VariableDelay(DG535)

electrode

VerticalKickerStorage Ring
Hor. unit

Bend. Mag.
(source)SR (Vis.)

図1

StreakVert. 72.65
Cameraunit MHz(C5680)

Head-Tail振動励起試験システム全体図

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蓄積リングに設置した鉛直キッカーを図2に示す。 +5.87）として、バンチ電流1.3mAの単バンチビームに鉛直キックを与え、全周に14箇あるSPBPMで電キッカーは蓄積リングセル2の偏向電磁石下流にあ子ビームの振動を測定した。結果を図4に示す。
るセラミックチェンバーに設置した。水平磁場を発キック量を求めるため、キック後1ターン分の生させるためのコイルを左右1ターンずつチェンバーに巻きキッカーを形成している。キッカー長は、 SPBPMのデータに対してフィッティングを行った（実線）。フィッティングにより得られたキック量チェンバーの長さに合わせて290mmとした。キッは−0.042mrad（鉛直下向きのキック）であった。
カー内部にはサーチコイルを設置し、励磁波形をモ
図4中にはフィッティングにより得られたBL38B2発ニターした。キッカーの駆動は、繰り返し1Hz、パ光点での電子ビームの鉛直変位も示している。
ルス幅Trevの正弦半波で行った。
BL38B2での鉛直変位は、キック直後が＋1.2mm、2ターン目が−0.80mmであった。

290mm

2Cal. by Fitting
Cal. by Fitting (38B2)
Exp.

1.5
1y [mm]0.50-0.5-1Search coil

-1.5-2-0.2

図200.20.40.60.8

11.21.41.61.82Turn

鉛直キッカー

図4 SPBPMで測定した鉛直キック後のビーム位置の変化。

offset (fit) [mm]ストリークカメラは偏向電磁石を光源にもつ加速器診断ビームラインI（BL38B2）光学暗室内に
head
1st turn (kick on)設置されている [2] 。BL38B2では、ビームライン
120 psverticalの真空中にあるミラーによりX線成分から分離された可視光が、鉛遮蔽を施した輸送パイプを通って光学ハッチ外側にある暗室内に導かれている。
図3に示すミラー配置により、放射光は光軸の周りに90度回転し、放射光の鉛直方向が実空間の水平方向としてストリークカメラに入射されることになる。この放射光に対して鉛直掃引を行うと、電子ビームを横から眺めた像を得ることができる。
100 μs
また、キッカーの駆動と同期して水平掃引を行う 図5 ストリークカメラで観測した鉛直キックon時ことにより、キック後の電子ビームの鉛直変位あ のバンチのプロファイル。
るいは振動の様子を周回毎に観測する事が可能と1.5なる。
27,600in Vacuum Mirror
X-ray component
source(cell 38B2)
QuartzwindowyStreakCamera

zx

0.5
0-0.5

y=-0.2782x-1-1.5

Optical Bench-6-4-202

46

offset (image) [pixel]
図6 ストリークカメラで観測されたバンチの鉛直変位[pixel]とSPBPMデータに対するフィッティングにより得られたBL38B2での鉛直変位[mm]との関係。

Dark Room

図31

可視光輸送系とストリークカメラの配置

３．結果
ク ロ マ テ ィ シ テ ィ を （ ξ x, ξ y ） ＝ （ +1.67,

図5に鉛直キックのタイミングに合わせてストリークカメラで観測したバンチプロファイルを示す。

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図5から得られるキックon時のバンチの鉛直変位と、ξ yを小さくした場合のキック後50ターン前後のSPBPMデータに対するフィッティング（図4）によプロファイルを図8に示す。図7同様、キック後の38り得られたBL38B2での電子ビームの鉛直変位とのから57ターン目までを表示している。ξy〜0の場合関係を図6に示す。ストリークカメラにより、バンはHead-Tail振動が励起されず、50ターン前後でもバチの鉛直変位を正しく捉えられていることがわかる。 ンチの重心運動が続いている。一方、ξyが＋1.87の鉛直キック後のバンチの傾きが最大となるのは、場合はHead-Tail振動が励起され、バンチの前後で上シンクロトロン振動の約半周期後である。SPring-8
下方向の傾きが生じていることがわかる。ξ yが＋蓄積リングの場合は50ターン前後に相当する。505.87の場合に比べて、バンチ前後のうねりが小さくターン前後で測定したバンチのプロファイルを図7なり、線形に近い分布を示していることがわかる。に示す。図にはキック後の38から57ターン目までを表示している。キック直後はバンチ全体が重心運動
４．議論と今後の課題をしていたが（図5）、50ターン前後では鉛直クロ
ξyを＋1.87として、実験と同条件で電子ビームにマティシティによりHead-Tail振動が起こり、バンチキックを与えた場合に起こるHead-Tail振動のシミュの前後（Head-Tail間）で2mm程度の偏差に相当するレーション結果を図9に示す。計算には粒子追跡傾きが生じている。
コードCETRA[3], [4]を用いた。図9には図7、8と同様
ξy = +5.87にキック後の38から57ターン目までをプロットしている。図9ではバンチの上下方向のスケールを強調して表しているが、バンチの振る舞いは実験結果を非常によく再現している。CETRAの計算結果から推定すると、傾いたバンチからの放射光を鉛直幅0.1mm程度のスリットで切り出せば、時間幅数psの短パルス放射光が得られることが期待できる。
CETRAによりバンチの振る舞いを再現できるこ
headとがわかったので、今後は、バンチをキックして上下方向に傾かせて短パルス放射光を得た後、ある程
vertical50th turn
度の周回後にバンチをけり戻して振動を止めること
図7 キック後50ターン前後のバンチプロファイル。 ができないか、の検討を行う予定である。ビームの鉛直拡がりの増加をある程度以下に抑制できれば、より頻繁な鉛直キックを与えることで、高繰り返しξy ~ 0の短パルス放射光を得ることが可能となる。

head
vertical50th turnξy = +1.87
図9 ξyを+1.87とした場合のキック後50ターン前後のバンチプロファイル（CETRAによる計算結果）。

参考文献[1] W. Guo, et al., Phys. Rev. ST AB 10, 020701 (2007)[2] M. Masaki, et al., Proceedings of the 4th Annual Meeting ofParticle Accelerator Society of Japan 2007, P348.

図8 ξ yを0（上）、+1.87（下）とした場合のキッ
ク後50ターン前後のバンチプロファイル。

[3] J. Schimizu, et al., Proc. of the 13th Symp. on Accel.
Schi. And Technol., Suita, Osaka, Oct., p.83 (2001).
[4] J.Schimizu, SAD2006 Workshop, http://accphysics.kek.jp/SAD/SAD2006/Doc/program.html-697-