Development of a single-ended magnetic alloy loaded cavity in the Japan Proton Accelerator Research Complex rapid cycling synchrotron

大強度陽子加速器施設速い繰り返しのシンクロトロンにおける金属磁性体装荷シングルエンド空胴の開発

山本 昌亘   ; 野村 昌弘  ; 沖田 英史  ; 島田 太平 ; 田村 文彦   ; 原 圭吾*; 長谷川 豪志*; 大森 千広*; 杉山 泰之*; 吉井 正人*

Yamamoto, Masanobu; Nomura, Masahiro; Okita, Hidefumi; Shimada, Taihei; Tamura, Fumihiko; Hara, Keigo*; Hasegawa, Katsushi*; Omori, Chihiro*; Sugiyama, Yasuyuki*; Yoshii, Masahito*

J-PARC 3GeVシンクロトロンでは、ビームの加速に金属磁性体を装荷した加速空胴を使用している。金属磁性体の広帯域特性を利用して、ビームを加速する周波数だけでなく、その高調波も増幅する多重高調波励振によってビームの安定加速を実現している。既設の空胴は真空管増幅器において、加速電場を発生させる絶縁ギャップの前後に個別に電圧を印加するプッシュプル励振となるよう設計されている。プッシュプル励振は、ビームを加速しない状態では高調波歪みを抑制でき、さらに空胴の長さを短くできる利点がある。しかし、大強度ビーム加速時にはビームが誘起する電圧によって多重高調波励振が歪められ、それを補正するために絶縁ギャップの前後にかかる陽極電圧振幅が深刻な不平衡を引き起こし、真空管の動作を制限してしまう。現状では、設計値である1MWビーム加速は達成できているが、より安定な運転を行う上では真空管の不平衡が問題となる。この問題を避けるため、シングルエンド励振の空胴を開発した。シングルエンド励振は本質的に不平衡が起こらず、さらに既設の空胴に対して遥かに少ない電力消費を達成できることが分かった。

The Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) Rapid Cycling Synchrotron (RCS) employs Magnetic Alloy (MA) loaded cavities. We realize multi-harmonic rf driving and beam loading compensation owing to the broadband characteristics of the MA. The currently installed cavity is the conventional type one which is designed to be driven by tube amplifiers in a push-pull operation. The push-pull operation has some advantages, i.e., suppressing a higher harmonic distortion without the beam acceleration and shortening the cavity length. However, a disadvantage arises at the high intensity beam acceleration where the multi-harmonic rf driving causes a severe imbalance of the anode voltage swing and restricts the tube operation. Although we have achieved an acceleration for the design beam power of 1 MW, the imbalance becomes an issue to further increase the beam power. We have developed a single-ended MA cavity to avoid such difficulty. The cavity has no tube imbalance intrinsically and it is found that the power consumption to drive the cavity can be reduced compared with the conventional one.