Performance of multi-harmonic RF feedforward system for beam loading compensation in the J-PARC RCS

J-PARC RCSにおけるビームローディング補償のためのマルチハーモニックフィードフォワードシステムの性能

田村 文彦   ; 山本 昌亘   ; 大森 千広*; Schnase, A.; 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; Yamamoto, Masanobu; Omori, Chihiro*; Schnase, A.; Yoshii, Masahito*; Nomura, Masahiro; Toda, Makoto*; Shimada, Taihei; Hara, Keigo*; Hasegawa, Katsushi*

ビームローディング補償は、J-PARC RCSでの大強度陽子加速における最も重要な要素の一つである。広帯域金属磁性体RF空胴では、加速基本波だけでなく、高次ハーモニック成分までのウェーク電圧が発生する。高次成分は、RFバケツの変形を引き起こす。J-PARC RCSではマルチハーモニックビームローディング補償のために、RFフィードフォワード法を採用した。デジタル回路により、3倍高調波までの補償を行うシステムを構築した。大強度陽子ビームでのビーム試験結果を報告する。ビームの見るインピーダンスを加速開始から取り出しまで全域に渡り低下させることに成功した。基本波においては、空胴のシャントレジスタンスが800オームであるところ、25オーム以下に低下させることに成功した。この性能はデザインビーム出力1MWに向け前進であるといえる。

The beam loading compensation is a key part for acceleration of high intensity proton beams in the J-PARC RCS. In the wide-band MA-loaded RF cavity, the wake voltage consists of not only the accelerating harmonic component but also the higher harmonics. The higher harmonic components cause the RF bucket distortion. We employ the RF feedforward method to compensate the multi-harmonic beam loading. The full-digital feedforward system is developed, which compensates the first three harmonic components of the beam loading. We present the results of the beam test with a high intensity proton beam ( ppp). The impedance seen by the beam is greatly reduced, the impedance of the fundamental accelerating harmonic is reduced to less than 25 in a full accelerating cycle, while the shunt resistance of the cavity is in the order of 800 . The performance of the feedforward system is promising for achievement of the design beam power, 1 MW, in the future.