J-PARCリニアックLLRFにおけるビーム負荷補償のパルス間切換

Pulse-by-pulse switching of beam loading compensation in J-PARC linac LLRF

小林 鉄也; 穴見 昌三*; 道園 真一郎*; Fang, Z.*; 鈴木 浩幸; 山口 誠哉*; 千代 悦司

Kobayashi, Tetsuya; Anami, Shozo*; Michizono, Shinichiro*; Fang, Z.*; Suzuki, Hiroyuki; Yamaguchi, Seiya*; Chishiro, Etsuji

J-PARCリニアックのLLRFでは、ビーム負荷補償のためのフィードフォーワード(FF)制御パラメータをパルスごとに(繰り返し25Hz又は50Hzで)切り替わる機能を新たに追加した。本システムでは加速電界制御のためFPGAを用いたデジタルフィードバック(FB)制御を行い、またビームローディングに対してはマクロビームパルス立ち上がり/立ち下がりはFB制御だけでは追いつかないためFF制御を組合せている。その結果、ピーク電流30mAのビーム加速において、位相,振幅それぞれ(要求1度/1%以内に対し)0.2度,0.2%の安定性を達成している。ここでFF制御の位相・振幅はビーム電流に対して最適に設定することが重要である。一方J-PARCでは、リニアック後段の3GeVリングが「物質・生命科学実験施設」及び50GeVリングのどちらにビームを振り分けるかによって、リニアックのビーム電流(正確には中間パルスのデューティ)が変わるため、それぞれのビームの振り分けごとにFFの位相・振幅が切り替わる必要がある。そこでJ-PARCのタイミングシステムを利用し、別途入力するゲート幅に対応したプリセット値で切り換わる仕組みをFPGAプログラムに追加した。

For the J-PARC linac low level RF system, in order to compensate beam-loading change by pulses in the operation of 25-Hz repetition, a function that switches the feed-forward control parameters in every pulse were installed into the digital accelerating-field control system. The linac provides a 50-mA peak current proton beam to a 3-GeV rapid-cycling synchrotron (RCS). Then the RCS distributes the 3-GeV beam into a following 50-GeV synchrotron (main ring, MR) and the Materials and Life Science Facility (MLF), which is one of the experimental facilities in the J-PARC. The 500-us long macro pulses from the ion source of the linac should be chopped into medium pulses for injection into the RCS. The duty (width or repetition) of the medium pulse depends on which facility the RCS provides the beam to the MR or MLF. Therefore the beam loading compensation needs to be corrected for the change of the medium pulse duty in the 25-Hz operation.