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Injecting painting improvements in the J-PARC RCS

J-PARC RCSにおけるペインティング入射の高精度化

加藤 新一; 原田 寛之 ; 發知 英明 ; Saha, P. K.  ; 岡部 晃大 ; 高柳 智弘  ; 堀野 光喜; 植野 智晶; 飛田 教光*; 金正 倫計 

Kato, Shinichi; Harada, Hiroyuki; Hotchi, Hideaki; Saha, P. K.; Okabe, Kota; Takayanagi, Tomohiro; Horino, Koki; Ueno, Tomoaki; Tobita, Norimitsu*; Kinsho, Michikazu

大強度陽子加速器であるJ-PARC 3GeVシンクロトロンでは、負水素イオンを用いた荷電変換多重入射を行っている。この際、ビームロスの原因となる空間電荷力の緩和や、周回ビームの荷電変換膜による散乱の影響の低減のために、横方向の位相空間上の任意の範囲に荷電変換多重入射された入射ビームを配置するペインティング入射システムが必須となる。この入射システムは、水平方向に対して4台、垂直方向に対して2台の電磁石によって、入射中にビーム軌道を変動させる必要があり、電磁石出力調整に時間がかかり、精度も良くないことがビーム調整を行う上での課題であった。そこで、ビーム調整時間短縮と精度向上を目的として、電流出力調整アプリケーションの開発と、それを用いたペインティング入射調整手法の実証を行った。電流出力調整アプリケーションは、調整で用いるフィードフォワード信号に対する電磁石電源の電流出力応答特性の試験結果を元に作成した。その結果、設計値の2倍以上となる$$pm$$100Aの精度で電流出力調整が可能となり、調整時間も3分の1に削減された。また、実際のペインティング入射調整では、閉軌道歪みの測定値と加速器モデルを組み合わせることで電磁石の蹴り角を算出した。この結果から、磁場の早い時間変動に起因する出力電流値と出力磁場値との差異を明らかにし、出力電流値ではなく蹴り角を元に電流出力調整を行う手法を考案した。この結果、意図したペインティング入射が達成できた。以上より、ペインティング入射の高精度調整手法が確立できた。

In the J-PARC 3GeV RCS, the injection painting is essential method for the reduction of the space charge force. In this method, the H$$^{-}$$ beam from Linac is arranged on the large phase space area of the ring orbit during multiple turns. To implement this method, painting magnets form the time variable beam orbit. Therefore, the precise output current control of the magnet power supply is required. Because the power supply controlled by mainly feedforward signal is operated, we developed the iterative tuning method for the optimum feedforward parameter determination. As a result, we could reduce the tracking error of the current compared to before. Furthermore, to improve the accuracy of the painting area size, we applied the output readjustment additionally. Because the current monitor value of the power supply was different from the actual magnetic field due to the delay in the circuit and the leakage field, we corrected the tracking of the current based on the measured painting area size determined by the analysis of the measured COD. As a result, we achieved the precise injection painting. This talk presents these improvement results of the injection painting in the RCS.

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