J-PARC RCSのためのベクトルrf電圧制御システムの開発

Development of a vector rf voltage control system for the J-PARC RCS

田村 文彦   ; 杉山 泰之*; 吉井 正人*; 大森 千広*; 山本 昌亘   ; 島田 太平 ; 長谷川 豪志*; 原 圭吾*; 古澤 将司*

Tamura, Fumihiko; Sugiyama, Yasuyuki*; Yoshii, Masahito*; Omori, Chihiro*; Yamamoto, Masanobu; Shimada, Taihei; Hasegawa, Katsushi*; Hara, Keigo*; Furusawa, Masashi*

J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)では、大強度の陽子ビームを加速する際に金属磁性体(MA)空胴に生じるビームローディングを補償することが必須である。RCSで用いられるMA空胴は広帯域の周波数特性を持つために、ウェーク電圧も高調波を含み、マルチハーモニックのビームローディング補償が必要である。RCSでは、マルチハーモニックフィードフォワードシステムによるビームローディング補償で、設計ビームパワー1MWまでのビーム加速試験を成功裏に遂行してきたが、その過程で、フィードフォワード法が持つオープンループ系であることに起因する弱点もわかってきた。J-PARCシンクロトロンの次世代LLRF制御システムでは、フィードフォワードに加え、ベクトルrf電圧制御によるビームローディング補償の採用を検討している。本発表では、2016年度に製作したベクトルrf電圧制御システムのプロトタイプについて、概要、調整手法および試験結果について報告する。

Beam loading compensation in magnetic alloy (MA) cavities is necessary to accelerate high intensity proton beams in the J-PARC 3GeV rapid cycling synchrotron (RCS). Because of its wide frequency response, wake voltages in the cavity by the beam contain multiharmonic components and the beam loading compensation must be multiharmonics. The J-PARC RCS utilize the multiharmonic rf feedforward system for the beam loading compensation. Although the performance of the feedforward is good, we have found some limitations of performance due to the open loop configuration of the feedforward system. For the next generation LLRF control system for the RCS, we consider to employ vector rf control in addition to the feedforward for beam loading compensation. We developed a prototype of the vector rf control. The system details, commissioning methodology, and preliminary beam test results are presented.