Consideration of triple-harmonic operation for the J-PARC RCS

J-PARC RCSにおけるトリプルハーモニック運転の検討

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

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

J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)では、ビームの加速に基本周波数(基本波)とその二倍の周波数(二倍高調波)を重畳した電圧を用いたデュアルハーモニック運転を行っている。デュアルハーモニック運転では、基本波のみの場合と比較し、加速中のビーム進行方向のビームの線密度分布の平坦度(バンチングファクタ)を大幅に改善することが可能で、大強度ビームの安定した加速に欠かせないものとなっている。従来の低電力高周波(LLRF)制御システムが2019年に更新されたことで、現在では基本波と二倍高調波に加えて高次の高調波の制御が可能となった。そこで、バンチングファクタの更なる改善を目的とし、従来のデュアルハーモニック運転に三倍高調波を加えたトリプルハーモニック運転について検討を行った。三倍高調波を用いることで、扁平なRFバケットを実現することができ、ビームシミュレーションの結果、バンチングファクタを最大で現状の約30%改善可能であることが示された。本発表では、トリプルハーモニック運転に関するビームシミュレーションの結果と関連する試験の結果について報告する。

In the J-PARC RCS, the dual-harmonic operation, in which each RF cavity is driven by superposition of the fundamental accelerating voltage and the second harmonic voltage, are employed. The dual-harmonic-operation significantly improves the bunching factor and is indispensable for acceleration of the high intensity beams. The original LLRF control system was replaced with the new system in 2019, which can control the amplitudes of the higher harmonics as well as the fundamental and second harmonics. Therefore we consider to use additionally the third harmonic voltage for further improvement of the bunching factor during acceleration. By the triple-harmonic operation, the flat RF bucket can be realized and beam simulation results indicate that the bunching factor can be improved about 30% at maximum. In this presentation, we describe the longitudinal simulation studies of the triple-harmonic operation. Also the preliminary test results are presented.