Vacuum tube operation analysis under multi-harmonic driving and heavy beam loading effect in J-PARC RCS

J-PARC RCSにおけるマルチハーモニックとビーム負荷効果の下での真空管動作解析

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

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

J-PARC RCSでは、金属磁性体を装荷した広帯域加速空胴でマルチハーモニックの電圧を発生させることができる。しかし、マルチハーモニックの下での真空管動作解析は、多変数の解析が必要となり非常に複雑である。過去の動作解析は、真空管の特性曲線から目視で読み取るか、シングルハーモニックで波形を仮定した解析しか行われていなかった。真空管動作を自動で解析するコードを開発し、マルチハーモニックの下でも真空管動作を解析することに初めて成功した。開発したコードは実際の大強度陽子ビーム加速試験において検証され、計算結果と測定結果がよく一致することを確認した。この解析手法の開発により、大強度陽子シンクロトロン加速器における真空管動作の正確な計算が行えるようになり、ビームの品質向上に寄与することが期待される。

A magnetic alloy loaded cavity is used to generate multi-harmonic rf voltage in J-PARC RCS. However, a vacuum tube operation analysis under the multi-harmonic driving is very complicated because many variables should be solved with a self consistency. At the conventional operation analysis, a hand work by tracing the constant current curve of the tube was performed, or an appropriate single harmonic wave form was assumed. We have developed a numerical analysis code which calculates the vacuum tube operation automatically and it realizes the multi-harmonic vacuum tube operation analysis. The code is verified at the high power beam acceleration test and we confirm the calculation results are consistent with the measurement ones. We can calculate the vacuum tube operation precisely by using the code, and it will contribute to improving the quality of the beam in the high intensity proton synchrotron.