J-PARC RCSでの大強度ビーム取り出し時の空胴電圧跳ね上がりの抑制

Mitigation of cavity voltage jump due to high intensity beam extraction in J-PARC RCS

田村 文彦   ; 杉山 泰之*; 沖田 英史  ; 山本 昌亘   ; 吉井 正人*; 大森 千広*; 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*; 足立 恭介   

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

大強度陽子加速器J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)は金属磁性体(MA)空胴の特長を生かしビーム出力1MWでの陽子ビーム加速を行っている。ビームはキッカー電磁石により1周で取り出されるが、ビームの取り出し直後、空胴に短時間電圧の跳ね上がりが発生する。これは電圧制御フィードバックに遅延があり、1ターン取り出し時のステップ状のビーム電流の減少に対する応答には一定の時間がかかることが理由であり、広帯域(Q=2)MA空胴ではこの応答の遅れは電圧の跳ね上がりとして観測される。跳ね上がりは取り出し時の電圧が高い場合には空胴機器の損傷の原因となりうるものである。電圧制御フィードバックのゲインパターンを用いて取り出しと同時に出力を抑止すればこの跳ね上がりを抑制できるが、RCSのようなマルチハーモニック運転の場合、パターン設定が煩雑である。このため、低電力高周波(LLRF)制御システムの機能としてビーム取り出しに同期し出力を抑止する仕組みを用意した。機能の詳細、試験結果、活用方法について報告する。

The 3GeV RCS of J-PARC accelerates proton beams with a maximum beam intensity of 8e13 ppp, utilizing the features of magnetic alloy (MA) cavities. The beam is extracted in a single turn by kicker magnets, and immediately after the beam is extracted, a short voltage jump occurs in the cavity. This is due to a delay in the voltage control feedback, which takes a certain amount of time to respond to the step-like decrease of beam current upon single-turn extraction. In a wideband (Q=2) MA cavity, this response delay is observed as a voltage jump. This voltage jump can cause damage to the cavity system if the voltage at the time of extraction is high. Therefore, we prepared a logic to suppress the output synchronously with the beam extraction as a function of the LLRF control system. The details of the function and test results are reported.