LLRF controller upgrade for the J-PARC 400 MeV linac

J-PARCリニアック400MeV加速に向けた低電力高周波制御機能の向上

Fang, Z.*; 道園 真一郎*; 穴見 昌三*; 山口 誠哉*; 内藤 富士雄*; 福井 佑治*; 川村 真人*; 久保田 親*; 南茂 今朝雄*; 小林 鉄也; 鈴木 浩幸; 千代 悦司; 篠崎 信一 ; 坪田 直明; 伊藤 崇  ; 浅野 博之; 長谷川 和男

Fang, Z.*; Michizono, Shinichiro*; Anami, Shozo*; Yamaguchi, Seiya*; Naito, Fujio*; Fukui, Yuji*; Kawamura, Masato*; Kubota, Chikashi*; Nammo, Kesao*; Kobayashi, Tetsuya; Suzuki, Hiroyuki; Chishiro, Etsuji; Shinozaki, Shinichi; Tsubota, Naoaki; Ito, Takashi; Asano, Hiroyuki; Hasegawa, Kazuo

J-PARCリニアックはあと2年のうちに181MeV加速から400MeV加速へと増強される。本リニアックの低電力高周波(LLRF)制御システム(FPGAを用いたデジタル制御)において、400MeV加速に向けて機能向上を図ったので、それら新機能について報告する。本機能は、これまでの181MeV加速用(324MHz-RFシステム)と400MeV加速用(972MHz-RFシステム)の両方において動作する。今回、新しく多くの機能をLLRF制御システムに追加した。例えば、(1)324MHzと972MHzの両方の周波数に対応,(2)パルス先頭におけるフィードバックゲインの緩やかな立ち上げ,(3)チョップドビーム負荷補償の追加,(4)ビーム供給先変更によるビーム負荷補償のパルスごとの切り替え,(5)空洞立ち上げにおける入力RF周波数の自動チューニング,(6)空洞チューナー制御における離調度取得方法の改善(入出力位相差測定をパルス減衰波形による測定に変更)、などである。

The output energy of the J-PARC proton linac will be upgraded from 181 to 400 MeV in the next two years by adding high-b acceleration sections. The upgrade of the FPGA-based digital LLRF controller for the 400 MeV linac will be presented in this paper. This new LLRF controller works for both the 324-MHz low-b and 972-MHz high-b sections. Many functions have been added into the LLRF controller, such as (1) working for different RF systems, (2) gradually increasing the feedback gains in the feedback loop instead of fixed ones, (3) automatic chopped beam compensation, (4) automatically switching the beam loading compensation in accordance with different beam operation mode, (5) input RF-frequency tuning to match the RF cavities during RF start-up, and (6) auto-tuning of the RF cavity tuner by detecting the phase curve of the RF cavity during the field decay instead of the phase difference between the cavity input and output signals.