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)

RESULTS OF BPM POSITION SURVEY IN J-PARC MR
Kotoku Hanamura1,A), Dai ArakawaB), Tejima MasakiB), Takeshi ToyamaB), Yoshinori HashimotoB),
Shuichiro HatakeyamaA)A)
Mitsubishi Electric System & Service Co.,Ltd
2-8-8 Umezono, Tsukuba, Ibaraki 305-0045
B)High Energy Accelerator Research Organization (KEK)
1-1 Oho, Tsukuba, Ibaraki 305-0801
AbstractBPM's(Beam Position Monitor) are essential beam diagnostic tools for stable operation. In the J-PARC MR
approximately 200 BPM's are installed next to almost of all quadrupole magnets. The main purpose of BPM is to obtainclosed orbits and one pass orbits, and to provide a real time orbit signal as a reference for the RF feedback control
system. We measured the mechanical offsets of BPM’s relative to the quadrupole magnets with the Laser Tracker toimprove accuracy. Offsets from the design beam center and rotating angles were calculated based on the coordinate
data. This paper describes surveying method and the result until April 2008.

J-PARC MR BPMの測量結果
泡管を載せ、基準面がおおよそ水平になる様に調整する。
ビーム位置モニター（Beam Position Monitor，
理想的なBPM設置位置は、Q電磁石の磁場中心とBPM）は安定なビーム運転を行う上で、必須のビーBPMの電気的中心が一致する位置である。この様なム診断装置である。J-PARC MR のBPM[1] は、ほぼ全理想的な位置に設置するには、BPMの支持架台の調ての四極電磁石に隣接して約200台設置されている。 整機構が複雑になることや、Qチェンバの調整範囲
BPMの電極形状は、ビーム位置線形応答を重視し、 が狭いことと、台数が200台にも及び工期的にも難
主に円筒形状対角線分割（ダイアゴナルカット）のしいため、LTにより座標を合わせ込む調整はしてい静電型電極を採用した。BPMの内径は130mm、134mm、 ない。
165mm、200mm、257mm、320mm、レーストラック型
それよりも、BPMが設置された位置を電磁石の基(W302×H140)の7種類がある。
準座から精密に測定して、位置関係を把握する方がBPMの主な目的はビームの閉軌道の観測と1回通過効率的で、現実的である。
での軌道観測、RFのフィードバック制御システムの実時間(f≦10kHz)軌道基準信号を提供することであ３．BPM測量方法
る。MR BPMはビームロスを低減するために±100μm
測量箇所がLTのレーザで見通しの出来る場所にLTの精度でビーム重心を測定することを目標にしていを設置して水平出しを行う。BPM測量器をBPMヘッドる。の基準面に接するように測量器[4]を載せる。コーナ
BPMでビーム位置の精度を出すために、ネットキューブリフレクタ（CCR）を固定するピンネスト
ワークアナライザを用いたBPMヘッドの感度分布のが取り付いているハイタッチセットをQ電磁石の基測定[2][3][4]、レーザートラッカ（LTD500,LT600,LTD600）を用いたBPMヘッド設置位置の測定、Time準座に設置する。
Domain Reflectometry（TDR）を用いた信号処理回Q電磁石の基準座の上・下流を測定し、LT制御用路と信号伝送線路のバランス測定を行った。これらのPCによって上流側を原点とする座標系に変換する。の結果より、補正値を算出し、ビーム位置を出す。
Z軸、Y軸の回転を0にすることで、下流基準座のY座
本論文では、2008年4月まで行われたBPMヘッド設
標、Z座標が0になる様に座標変換する。（図１）座置位置測定について、測量方法と結果について報告
標変換後、Q電磁石とBPMの所定の箇所を測量する。
する。
BPMの測量を行った時の諸条件として、以下の2点を満たす様に測量を行った。
・BPMの上・下流の真空機器が接続されている状態。
２．BPM設置方法
・BPM内部が真空もしくは粗排気されている状態。
Q電磁石のおおよそ中心にQチェンバを固定して、しかしながら全体のスケジュールの都合で、BPM上Qチェンバのフランジ面にBPMのフランジ面を合わせ流の真空機器が接続されていない状態で、BPM内部込む様にBPMを設置する。その際、BPMの基準面に気１．はじめに1

E-mail: hanamura@post.kek.jp-319-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)

が大気圧で測量を行った箇所が13箇所あった。

3.4 Offsetの算出方法

3.1 BPM測量のための座標定義

Q電磁石の機械的中心とBPMの機械的中心のOffset
H:Horizontal, V:Verticalを算出した。

LTによる測量座標系は、ビームの進行方向をX座標（上流：+,下流：-）、水平方向をY座標（トンネル内通路側：+,壁側：-）、鉛直方向をZ座標（上向き：+,下向き：-）とした。座標系を図１に示す。
また回転角とOffsetの算出に必要になるBPMの機械的中心からBPM測量点（CCR中心）の距離：r、Q電磁石の機械的中心からQ電磁石基準座測量点（CCR中心）の距離：Rを図１に示す。

(BPM上流Y座標)+(BPM下流のY座標)
2+r×sin(θx×0.001)[mm]

Offset H=

Offset V=(R-r+BPM上流のZ座標)+(R-r+BPM下流のZ座標）
2+r×(1-cos(θx×0.001)) +r×(1-cos(θy×0.001))[mm]※r ,Rは図１を参照

４．BPMの測量結果

RZ

θx、θy、θz、Offset H、Offset Vのヒストグ
ラムを図３〜図７に示し、BPMが設置されている箇所（Q-address）での傾向を図８〜図１２に示した。
また表１に測量結果を示す。

ｒX

５．測量誤差についてY

5.1 真空と大気圧の差

図１．座標系

BPM内部が真空と大気圧の場合の差を7箇所で測量を行い、Y座標で最大50μmの差が観測された。

3.2 測量箇所
測量箇所はBPMの上・下流の基準座上部2点とQ電磁石の上・下流の基準座の2点、計4点とし、LT測量を行った。図２にBPMの測量箇所の写真を示す。
BPMの設置位置は座標データと各軸の回転角を計測する。X軸、Y軸回りの回転角はデジタル水準器（DL-m1,読取り精度（17℃〜23℃）±0.02mm/m）で測定した。

デジタル水準器測定箇所（軸の回転角）5.2 BPM上流機器の有無による差
スケジュールの都合でBPM上流側に真空機器が接続されていない状態で測量を行い、測量後に真空機器が接続される場合、上流側機器のフランジ位置がBPMのフランジ位置に比べ、最大1mmずれる時に生じるエラーを見積もった。BPM上流に締結されるフランジが1mmの範囲でずれた状態で、BPMを締結すると、最大180μmの変位が観測された。
5.3 測量の再現性
同じ測量箇所で測量後、測量器の付け外しを行った時の差を6箇所で測定。Z座標で最大16μmの差が観測された。

LT測定箇所（座標）

5.4 測量器の重量が及ぼす誤差
測量器本体の重量が13kg程度あるので、測量器をBPMに取付けた時のBPM変位は鉛直方向に最大30μmであった。[5]図２．BPMの測量箇所
3.3 軸周りの回転角の算出方法

６．まとめ

回転角をそれぞれX軸:θx,Y軸:θy,Z軸:θzとする。θx, θyはデジタル水準器で測定を行い、θzはBPM上・下流の測量点の座標値から算出した。

測量結果より、θxはθy,θzに比較し分散が大きく、±10[mrad]以内で設置された。θxの分散が大きくなった理由は、BPM設置作業時に精密な角度調整を行っていないためである。θy,θzの分散が小さい理由は、BPMと接続されるQチェンバフランジの直角度やQチェンバの設置角度に依存し、それぞれ十分小さいためである。またOffset HとOffset Vのθz=arctan×(BPM上流Y座標)-(BPM下流Y座標)(BPM上流X座標)-(BPM下流X座標)

×1000[mrad]-320-

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表１．測量結果

分散はほぼ同じ程度で、2箇所を除き±2[mm]以内でBPM設置された。
図５、図１０で大きく外れている箇所は#155 BPM（内径257mm）で図６、図１１で大きく外れている箇所は#035 BPM（内径130mm）である。
今後はBPM測量データをビーム位置補正に使用できる環境を整備し、ビームコミッショニングのビーム診断に生かしていく。

標準偏差

最大-0.958

3.265

7.57-9.00[mrad]

0.655

1.357

3.89-4.16

θz[mrad]

0.266

1.550

5.173-12.064

Offset H[mm]

0.200

0.612

1.409-4.094

Offset V[mm]-0.3440.499

1.264-1.669

Parameter単位

θx[mrad]θyθx [mrad]2015
1050-15-10-5051015001057

075

θy [mrad]00
θy [mrad]51015001019038057

075

θz [mrad]201000094

112

131

187

150

168

205

図９30-5187 205

Q-address

40-10131 150 168

151050-5-10-15

図４-15094 112

図８10-5038

図３20-10019

Q-address30最小

151050-5-10-15

θx [mrad]

40-15

平均値

51015
1050-5-10-15

15001 019 038 057 075 094 112 131 150 168 187 205
Q-addressθz [mrad]

図５

図１０100806040200Offset H [mm]4-50Offset H [mm]20-2-45001019038057075

図６094 112 131Q-address

150168187

205

150168187205

図１１4Offset V [mm]10080604020020-2-4-50Offset V [mm]0015019038057075094 112 131Q-address

図１２

図７

参考文献
[1] 外山毅 他,J-PARC 50GeV Ring の BPM 検出器,第14回
加速器科学研究発表会，2003[2] 花村幸篤 他,J-PARC 50GeV シンクロトロン BPM校正装置開発,第3回日本加速器学会年会･第31回リニアック技術研究会[3] 三浦孝子 他,J-PARC主リング用ビーム位置モニターのキャリブレーション,第3回日本加速器学会年会･第31回リニアック技術研究会[4] 橋本義徳 他,J-PARC MR BPMの校正データの解析,第4回日本加速器学会年会･第32回リニアック技術研究会[5] 花村幸篤 他, J-PARC 50GeV シンクロトロン BPM
測量器の開発, 第4回日本加速器学会年会･第32回リニ
アック技術研究会-321-