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Multiharmonic vector rf voltage control for wideband cavities driven by vacuum tube amplifiers in a rapid cycling synchrotron

速い繰り返しのシンクロトロンの真空管アンプで駆動される広帯域空胴のためのマルチハーモニックベクトル電圧制御

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

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

ビーム誘起電流による影響の低減(ビームローディング補償)はJ-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)における大強度ビーム加速に最も重要な課題の一つである。RCSでは広帯域金属磁性体空胴が用いられており、ビームの誘起する電圧は周回周波数の整数倍の成分を含むことから、それら複数の周波数成分(マルチハーモニック)の誘起電圧を抑制するビームローディング補償が必要である。これまではビーム電流の測定から補償信号を生成するRFフィードフォワード法による補償が行われており、マルチハーモニックフィードフォワードシステムは1MWまでのビーム試験においてその役割を果たしてきた。しかしながら、大強度になるにつれて補償性能の低下が確認されていた。そこで、低電力高周波(LLRF)制御システムの更新にあたり、マルチハーモニックベクトル電圧制御によるフィードバック制御を採用することとした。フィードバック制御はゲインの変動についても安定性の範囲内で性能を発揮することが期待される。本論文では、システムの構成、調整方法、大強度ビーム試験の結果について報告する。設計パワーである1MW相当のビーム加速において、ビームローディングはよく補償されている。

Beam loading compensation in the rf cavities is a key for acceleration of high intensity beams in 3 GeV RCS of the J-PARC. Since we employ wideband magnetic alloy rf cavities for the J-PARC RCS and the wake voltage contains several harmonics, a multiharmonic beam loading compensation is required. The multiharmonic rf feedforward for the most important six harmonics is implemented in the existing low level rf (LLRF) control system, which has been working fairly well for acceleration of high intensity beams of up to 1 MW. However, we found the degradation of the performance for compensation of the feedforward with very high intensity beams. Therefore, a multiharmonic vector rf voltage control has been developed. The detail of system configuration, commissioning methodology, and beam test results using very high intensity beams are described. The beam loading by the 1~MW equivalent beam in the cavity is successfully compensated.

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