J-PARC RCSにおけるマルチハーモニックビームローディング補償

Multi-harmonic beam loading compensation in the J-PARC RCS

田村 文彦   ; Schnase, A.; 山本 昌亘   ; 大森 千広*; 吉井 正人*; 野村 昌弘  ; 戸田 信*; 島田 太平 ; 原 圭吾*; 長谷川 豪志*

Tamura, Fumihiko; Schnase, A.; Yamamoto, Masanobu; Omori, Chihiro*; Yoshii, Masahito*; Nomura, Masahiro; Toda, Makoto*; Shimada, Taihei; Hara, Keigo*; Hasegawa, Katsushi*

J-PARC RCSでは、広帯域(Q=2)の金属磁性体空胴を採用することで、高い加速電界を実現するとともに、2倍高調波を重畳したRF電圧を発生させ、縦方向のバンチ整形を実現している。その一方で、広帯域であるために、空胴に発生するwake電圧も高調波の成分を持つ。大強度陽子ビームの加速に際しては、加速周波数の基本波成分のビームローディングのみならず、wakeの高調波成分によるRFバケツの変形も問題となる。このため、RFフィードフォワード法によるマルチハーモニックのビームローディング補償システムを開発した。Wake電圧をキャンセルするためのフィードフォワード振幅及び位相のパターン調整を確立し、11台のすべての空胴について、300kW相当の大強度ビームを用いてフィードフォワードの調整を行った。シムテムの概要、調整手法の詳細について報告する。加速全域にわたりビームの見るインピーダンスを大幅に下げることに成功した。ビームローディング補償を行うことにより、ビームの品質が改善し、またビームロスを減らすことにも成功した。

The magnetic-alloy (MA) loaded cavities, which have a wide-band frequency response, are employed the J-PARC RCS. The wake voltage in the wide-band MA cavity consists of not only a component of the fundamental accelerating RF, but also the higher harmonics. We developed a multi-harmonic feedforward compensation system, which handles the most important three harmonics. Adjustments of the amplitude and phase patterns for the cancellation of the wake voltage during the acceleration period are developed. We describe the methodology in the cases without and with driving the accelerating RF. The commissioning of the systems for eleven cavities in the RCS was successful. We describe the commissioning results and the beneficial effects of the feedforward compensation in the beam operation.