Automatic retuning of superconducting linacs using LightWin

LightWinを使用した超伝導線形加速器の自動再調整

Plaais, A.*; Bouly, F.*; Froidefond, E.*; Lagniel, J.-M.*; Normand, G.*; Orduz, A. K.*; Yee-Rendon, B.; De Keukeleere, L.*; Van De Walle, J.*

Plaais, A.*; Bouly, F.*; Froidefond, E.*; Lagniel, J.-M.*; Normand, G.*; Orduz, A. K.*; Yee-Rendon, B.; De Keukeleere, L.*; Van De Walle, J.*

高出力粒子加速器にとって信頼性は重要である。特に加速器駆動システム(ADS)では、ビームの停止が原子炉の稼働率に大きく影響し、停止の多くは、加速空洞やその関連システムの損失に起因する。空洞に起因するビーム停止は、リニアックの他の空洞を再調整することで補償できる。しかし、理想的な補償設定を見つけることは、ビームダイナミクスと多目的最適化を伴う難しい課題であり、対象のリニアックによって大きく異なる問題が生じる。SPIRAL2リニアックでは、多くの空洞が補償のために動員され、探索空間は非常に多くの次元を持ち、ビーム進行方向の許容マージンがかなり低い。MYRRHAやJAEAで検討を進めているADS用リニアックには、最適化を容易にする特定の耐故障設計を適用しているものの、空洞は数秒で再調整する必要がある。そこで我々は、任意のリニアックのすべての空洞障害に対する補償設定を自動的かつ体系的に見つけるツールであるLightWinを開発した。本研究では、LightWinの最新の開発状況と、SPIRAL2とADSリニアック用に開発した補償戦略について、ビームダイナミクスと数学的な観点から紹介する。

Reliability is an important feature for high power particle accelerators. This is particularly true for Accelerator-Driven Systems (ADS), for that every beam interruption can strongly affect the availability of the nuclear reactor. Many of these outages come from the loss of accelerating cavities or of their associated systems. Cavity failures can be compensated for by retuning other cavities of the linac. Finding the ideal compensation settings is however a difficult challenge that involves beam dynamics and multi-objective optimisation, and which raises very different issues according to the linac under study. For instance in the SPIRAL2 linac, a lot of cavities are mobilized for the compensation and the search space has a very high number of dimensions. Plus, it has quite low margins on the longitudinal acceptance. Linacs for ADS (such as the Japan Atomic Energy Agency ADS or MYRRHA) have a specific fault-tolerance design which facilitate the optimisation, but cavities have to be retuned in a few seconds. Hence we developed LightWin, a tool to automatically and systematically find compensation settings for every cavity failure of any given linac. In this study, we will present LightWin latest developments as well as the compensation strategies that we developed for SPIRAL2 and ADS linacs, both from a beam dynamics and a mathematical point of view.