RF systems of J-PARC proton synchrotrons for high-intensity longitudinal beam optimization and handling

大強度ビームの最適化とハンドリングのためのJ-PARC陽子シンクロトロンRFシステム

田村 文彦   ; 山本 昌亘   ; 吉井 正人*; 大森 千広*; 杉山 泰之*; 沖田 英史  ; 清矢 紀世美*; 野村 昌弘  ; 島田 太平 ; 長谷川 豪志*; 原 圭吾*; 宮越 亮輔*

Tamura, Fumihiko; Yamamoto, Masanobu; Yoshii, Masahito*; Omori, Chihiro*; Sugiyama, Yasuyuki*; Okita, Hidefumi; Seiya, Kiyomi*; Nomura, Masahiro; Shimada, Taihei; Hasegawa, Katsushi*; Hara, Keigo*; Miyakoshi, Ryosuke*

大強度陽子シンクロトロンの加速空胴に金属磁性体(MA)コアを適用することは、J-PARCの2つのシンクロトロン(RCS、MR)で先駆的に行われた。MA空胴は高い加速電圧を発生させることができ、MA空胴の広帯域周波数特性は、加速中における空胴の共振周波数調整なしで陽子の速度変化に追従した周波数掃引を可能にする。加速に使用する基本波とその二倍高調波の高周波電圧の重畳によって1つの空胴を駆動するデュアルハーモニック運転は、RCSにおける空間電荷果を緩和するためのビーム進行方向のビーム形状制御に不可欠である。MA空胴のこれらの利点は、見方を変えれば欠点でもある。ビームに起因する空胴誘起電圧は複数の高調波(マルチハーモニック)から構成され、高周波バケツ歪みや結合バンチ不安定性を引き起こしビームの運動を不安定にする可能性があるため、それら複数の高調波を同時に補償しなければならない。空胴を駆動するアンプも出力電流が大きく、陽極電圧もマルチハーモニックである。10年以上にわたるRCSとMRの運転におけるこれらの問題に対する我々の取り組みをまとめる。

The application of MA cores to the accelerating rf cavities in high intensity proton synchrotrons was pioneered for the J-PARC synchrotrons. The MA cavities can generate high accelerating voltages. The wideband frequency response of the MA cavity enables the frequency sweep without the tuning loop. The dual harmonic operation is indispensable for the longitudinal bunch shaping to alleviate the space charge effects in the RCS. These advantages of the MA cavity are also disadvantages when looking at them from a different perspective. Since the wake voltage consists of several harmonics, the beam loading compensation must be multiharmonic. The operation of tubes in the final stage amplifier is not trivial when accelerating very high intensity beams; the output current is high and the anode voltage is also multiharmonic. We summarize our effort against these issues in the operation of the RCS and MR for more than 10 years.