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論文

Operational experience of CW SRF injector and main linac cryomodules at the Compact ERL

阪井 寛志*; 江並 和宏*; 古屋 貴章*; 加古 永治*; 近藤 良也*; 道園 真一郎*; 三浦 孝子*; Qiu, F.*; 佐藤 昌人*; 篠江 憲治*; et al.

Proceedings of 56th ICFA Advanced Beam Dynamics Workshop on Energy Recovery Linacs (ERL 2015) (Internet), p.63 - 66, 2015/12

コンパクトERLとして入射器および主加速器モジュールの開発を行った。入射器モジュールは3台の2セル空洞で、主加速器モジュールは2台の9セル空洞で構成されている。建設後、20MeVのエネルギーで80$$mu$$A以上の電流でエネルギー回収に成功した。入射器、主加速器とも安定に運転されているが、主加速器については電界放出が、入射器についてはHOMカップラーの発熱が問題となっている。コンパクトERLの2台のクライオモジュールの長時間ビーム運転中の性能について発表する。

論文

CERL主加速器クライオモジュール運転の現状; 大電流ビーム運転時における空洞内の現象理解に向けて

沼田 直人*; 浅川 智幸*; 阪井 寛志*; 梅森 健成*; 古屋 貴章*; 篠江 憲治*; 江並 和宏*; 江木 昌人*; 坂中 章悟*; 道園 真一郎*; et al.

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.566 - 570, 2015/09

将来の大規模ERL型加速器実現のために、試験加速器であるコンパクトERL(cERL)が建設された。2013年度よりビームコミッショニングを行っており、2014年2月にはビームが周回するようになった。現在は目標のビーム性能を実証するための調整運転を行っている。cERLでは大電流かつ低エミッタンスのビームを高加速勾配の超伝導空洞で安定にエネルギー回収運転できるかの実証を目的としている。主加速器クライオモジュールの性能評価試験結果及びcERL運転時においてのモジュール内の現象を報告する。

論文

Analysis on effects of transverse electric field in an injector cavity of compact-ERL at KEK

Hwang, J.-G.*; Kim, E.-S.*; 宮島 司*; 本田 洋介*; 原田 健太郎*; 島田 美帆*; 高井 良太*; 久米 達哉*; 長橋 進也*; 帯名 崇*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 753, p.97 - 104, 2014/07

 被引用回数:3 パーセンタイル:61.51(Instruments & Instrumentation)

For a future synchrotron light source based on a linac, e.g. an X-ray free electron laser and an energy recovery linac (ERL), an injector is a key component to generate a high brightness electron beam. For the acceleration and transportation of the electron beam in the injector, the adjustment of beam orbit inside the cavity is important to avoid the deterioration of the beam quality due to the transverse electric field of it, which causes the transverse emittance growth. To adjust the beam orbit, an investigation of the electromagnetic center of the cavity is required in the beam operation. This paper shows a new method for measuring the electromagnetic center of the cavity, and describes an analytical model of emittance growth due to a combination of transverse electric field and orbit offset. The validation of the method was confirmed by the emittance measurement in the compact ERL (cERL) injector at KEK.

論文

Mechanical vibration search of compact ERL main linac superconducting cavities in cryomodule

佐藤 昌人*; 江並 和宏*; 古屋 貴章*; 道園 真一郎*; 三浦 孝子*; Qiu, F.*; 阪井 寛志*; 篠江 憲治*; 梅森 健成*; 沢村 勝; et al.

Proceedings of 5th International Particle Accelerator Conference (IPAC '14) (Internet), p.2531 - 2533, 2014/07

ERLの主空洞においては、入力電力が減らせるため高いQ値での運転が望ましい。このような運転においては高周波の振幅、位相を安定させるためにマイクロフォニックスを抑えることが重要である。マイクロフォニックスの原因の1つが機械振動であり、これにより共振周波数が変化する。空洞、モジュールや床などの振動を調べ、コンパクトERLの運転データと比較を行った。

論文

Performance evaluation of ERL main linac tuner

江並 和宏*; 古屋 貴章*; 阪井 寛志*; 佐藤 昌人*; 篠江 憲治*; 梅森 健成*; 道園 真一郎*; 三浦 孝子*; Qiu, F.*; 荒川 大*; et al.

Proceedings of 5th International Particle Accelerator Conference (IPAC '14) (Internet), p.2534 - 2536, 2014/07

コンパクトERLの主加速器で採用したスライドジャックチューナの性能評価を行った。チューナーは空洞を引っ張ることで周波数を調整している。チューナとしてピエゾとスライドジャックの2つのチューナを用いた。スライドジャックチューナは大きな可変範囲を粗く動かし、ピエゾチューナは速く、細かく動かすことができる。これらのチューナの運転性能を試験した。

論文

Operation status of compact ERL main linac cryomodule

梅森 健成*; 江並 和宏*; 古屋 貴章*; 道園 真一郎*; 三浦 孝子*; Qiu, F.*; 阪井 寛志*; 佐藤 昌人*; 篠江 憲治*; 沢村 勝; et al.

Proceedings of 5th International Particle Accelerator Conference (IPAC '14) (Internet), p.2537 - 2539, 2014/07

コンパクトERLのための主加速器モジュールの開発を行っている。このモジュールには9セルLバンド超伝導加速器が2台納められている。ERL周回軌道の建設後、ビーム運転を始めた。電子ビームを主空洞通過後、ビーム調整によりエネルギー回収に成功した。主加速器空洞はERL運転中十分安定であるが、長時間運転ではフィールドエミッションが問題となっている。

論文

J-PARCリニアック制御信号分配システムの改修

二ツ川 健太*; 伊藤 雄一; 菊澤 信宏; 小林 鉄也*; 佐藤 文明; 篠崎 信一; 鈴木 隆洋*; Fang, Z.*; 福井 佑治*; 道園 真一郎*

Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1126 - 1129, 2014/06

J-PARC加速器全体のタイミングシステムとして、12MHzクロック, 50Hzトリガ, タイプコードと呼ばれる制御ワード信号の3種類の信号が使用されている。それらの信号は、中央制御室で生成され、光信号で各加速器施設に分配される。リニアックでも、地上部のクライストロンギャラリの上流部で各信号を受け取り、そこで分岐され、各ステーションに分配される。ただし、ここでの分岐・分配システムは、光信号をO/Eモジュールで受信して電気信号に変換し、FANOUTモジュールを使用して電気的に分岐、それの信号をE/Oモジュールで再度光信号に変換して各ステーションに分配するという非効率的な構成となっていた。ここでは、多大なモジュール数を必要としたために度々の故障事例があり、隣には温度に敏感なLLRFのラックが納入されていたこともあり排熱などが問題になった。そこで、2013年の夏季シャットダウン中に光アンプと光カプラを使用したシステムを導入する予定である。この導入によりシンプルなシステム構成となり、トラブル数を低減できると期待できる。

論文

敷設ケーブルの高周波電力損失の高精度測定

二ツ川 健太*; 穴見 昌三*; 小林 鉄也*; Fang, Z.*; 福井 佑治*; 道園 真一郎*; 佐藤 文明; 篠崎 信一

Proceedings of 9th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.765 - 768, 2013/08

ほぼすべての加速器施設で、加速空洞内の電場や大電力高周波の伝送系、またビームの状態などのモニタ用として、高周波ケーブルを使用している。これらの敷設されたケーブルにおいては、運転前に高周波特性を把握しておくことが、必要不可欠である。一般的には、ケーブル内での高周波電力損失は、ネットワークアナライザを使用して、透過電力$$S$$$$_{21}$$を測定する手法で求められる。放射線防護の観点から、空洞がある加速器トンネルとその制御システムは、離れた場所に設置される。この場合は、この間に敷設されたケーブルの透過電力を測定するためには、この間を渡って校正されたケーブルが必要になり容易ではない。そこで、ケーブル内での高周波電力損失の測定手法として、反射を利用する方法を紹介する。この手法では、ケーブル末端での反射波の位相を回転させることによって、ケーブルの途中での反射と末端での反射を区別する。この測定は、従来のパワーメータと信号発振器を用いた方法より、容易であり、かつ高精度である。また、高周波電力損失という基礎情報の測定であるとともに、どの加速器でも使用する機器・道具しか使用していないため、応用範囲が広いと考えている。J-PARCリニアックに新しく敷設するACS用ケーブルの測定でもこの手法を採用する予定である。

論文

J-PARCリニアックLLRFの東日本大地震からの再スタート

二ツ川 健太*; 穴見 昌三*; 小林 鉄也*; Fang, Z.*; 福井 佑治*; 道園 真一郎*; 川村 真人*; 佐藤 文明; 篠崎 信一; 千代 悦司; et al.

Proceedings of 9th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.769 - 773, 2013/08

2011年3月11日に発生した東日本大地震によって、J-PARCリニアックは、建屋,ユーティリティー設備,装置等に甚大な被害が生じた。高周波(RF)制御システムも立体回路の変形に伴い、2つの加速空洞に伝送しているRFの位相差を測定し、再調整を行った。また、各基準信号の伝送,制御機器,増幅機器の動作チェックを行い、2011年の末にビーム試験を迎えることができた。しかし、SDTL05の空洞が、震災で大気に晒されて空洞内の状態が悪化したこともあり、運転で使用するパワー領域で高周波が不安定になり、この領域での使用が困難になった。現在は、設計値より、高いパワー領域で運転している。その際に、高周波の波形を解析した結果、SDTL06にも相似た現象が確認できるが、SDTL07を境に大きく傾向が異なることがわかった。その結果、自由発振のときの波形から共振周波数を算出して、制御している自動チューナの設定値を最適化した。また、平成24年度に高圧のトラブルがあり、タイミングの関係でマクロパルスの途中でサグの傾きが変わるような設定になったが、現在はフィードバック制御により、空洞内の電場は一定に保たれている。本発表では、震災の復旧作業から夏季シャットダウンまでの運転対応について報告する。

論文

Development of LLRF control software for the J-PARC 400 MeV Linac

Fang, Z.*; 道園 真一郎*; 穴見 昌三*; 山口 誠哉*; 内藤 富士雄*; 福井 佑治*; 小林 鉄也; 鈴木 浩幸; 千代 悦司; 篠崎 信一

Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.1068 - 1070, 2010/08

J-PARCリニアックはあと2年のうちに181MeV加速から400MeV加速へと増強される。本リニアックの低電力高周波(LLRF)制御システム(FPGAを用いたデジタル制御)において、400MeV加速に向けて、新しく多くの機能をLLRF制御システムに追加した。例えば、(1)324MHz(181MeV加速)と972MHz($$sim$$400MeV加速)の両方の周波数に対応,(2)パルス先頭におけるフィードバックゲインの緩やかな立ち上げ,(3)チョップドビーム負荷補償の追加,(4)ビーム供給先変更によるビーム負荷補償のパルスごとの切り替え,(5)空洞立ち上げにおける入力RF周波数の自動チューニング,(6)空洞チューナー制御における離調度取得方法の改善(入出力位相差測定をパルス減衰波形による測定に変更)などである。

論文

LLRF controller upgrade for the J-PARC 400 MeV linac

Fang, Z.*; 道園 真一郎*; 穴見 昌三*; 山口 誠哉*; 内藤 富士雄*; 福井 佑治*; 川村 真人*; 久保田 親*; 南茂 今朝雄*; 小林 鉄也; et al.

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.1434 - 1436, 2010/05

J-PARCリニアックはあと2年のうちに181MeV加速から400MeV加速へと増強される。本リニアックの低電力高周波(LLRF)制御システム(FPGAを用いたデジタル制御)において、400MeV加速に向けて機能向上を図ったので、それら新機能について報告する。本機能は、これまでの181MeV加速用(324MHz-RFシステム)と400MeV加速用(972MHz-RFシステム)の両方において動作する。今回、新しく多くの機能をLLRF制御システムに追加した。例えば、(1)324MHzと972MHzの両方の周波数に対応,(2)パルス先頭におけるフィードバックゲインの緩やかな立ち上げ,(3)チョップドビーム負荷補償の追加,(4)ビーム供給先変更によるビーム負荷補償のパルスごとの切り替え,(5)空洞立ち上げにおける入力RF周波数の自動チューニング,(6)空洞チューナー制御における離調度取得方法の改善(入出力位相差測定をパルス減衰波形による測定に変更)、などである。

論文

Recent progress in the energy recovery linac project in Japan

坂中 章悟*; 明本 光生*; 青戸 智浩*; 荒川 大*; 浅岡 聖二*; 榎本 収志*; 福田 茂樹*; 古川 和朗*; 古屋 貴章*; 芳賀 開一*; et al.

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.2338 - 2340, 2010/05

日本においてERL型放射光源を共同研究チームで提案している。電子銃,超伝導加速空洞などの要素技術開発を進めている。また、ERL技術の実証のためのコンパクトERLの建設も進めている。これら日本におけるERL技術開発の現状について報告する。

論文

J-PARCリニアックのデジタルLLRF制御における空洞起ち上げのための入力周波数変調制御

小林 鉄也; 穴見 昌三*; 道園 真一郎*; Fang, Z.*; 鈴木 浩幸; 山口 誠哉*

Proceedings of 6th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (CD-ROM), p.1065 - 1067, 2010/03

J-PARCリニアックの低電力高周波制御では、空洞に電力を入れ始める際に、空洞チューナー共振周波数の自動制御を行っている。このチューナー制御に代わって新たに、空洞入力の周波数を離調度に合わせて変調させる方式をデジタルFB制御システムに導入する。その方法として、出力制御するIQ変調器で位相を回転させることで周波数変調を行う。離調度は、RFパルス後の空洞減衰時(自由振動)の位相変化を測定することで求められ、それにより、FPGAでIQ変調器の位相回転を自動制御する。この方式の導入においてはハードウェアの変更を全く必要とせず、チューナー製造におけるコストダウンもしくは耐久性の向上が期待される。

論文

J-PARCリニアック972MHz高周波デジタルフィードバック制御システム

小林 鉄也; 道園 真一郎*; Fang, Z.*; 松本 利広*; 鈴木 浩幸; 山口 誠哉*; 岡田 喜仁*

Proceedings of 6th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (CD-ROM), p.1068 - 1070, 2010/03

J-PARCリニアックでは972MHzのRFシステムによる400MeVエネルギーへの増強計画が進められている。その加速電界の安定性は振幅,位相それぞれ$$pm$$1%, $$pm$$1度以内が要求されている。デジタルFBの基本コンセプトは現在の324MHzのシステムと同じでコンパクトPCI筐体を用いる。大きな違いは、RF信号/クロック信号発生器(RF&CLKボード),ミキサー及びIQ変調器(IQ&Mixerボード)、そしてデジタル制御のアルゴリズムである。現在の324MHzの空洞に比べ、高い周波数により減衰時間が速くなるため、チョップドビーム負荷補償が大きな開発要素の一つである。この報告では972MHzデジタルフィードバックシステムの特徴や性能について、模擬空洞を用いた評価結果をまとめた。

論文

Automatic frequency matching for cavity warming-up in J-PARC linac digital LLRF control

小林 鉄也; 鈴木 浩幸; 穴見 昌三*; 山口 誠哉*; 道園 真一郎*; Fang, Z.*

Proceedings of 2009 Particle Accelerator Conference (PAC '09) (DVD-ROM), p.2213 - 2215, 2009/05

J-PARCリニアックの低電力高周波制御では、空洞に電力を入れ始める際に、空洞チューナー(共振周波数)の自動制御を行っている。このチューナー制御に代わって新たに、空洞入力の周波数を離調度に合わせて変調させる方式をデジタルLLRF制御システムに導入する。その方法として、出力制御するIQ変調器で位相を回転させることで周波数変調を行う。離調度は、RFパルス後の空洞減衰時(自由振動時)の位相変化を測定することで求められ、それにより、FPGAとDSPでI/Q変調器の位相回転を自動制御する。この方式の導入においてはハードウェアの変更を全く必要とせず、チューナー製造におけるコストダウンもしくは耐久性の向上が期待される。

論文

Digital feedback control for 972 MHz RF system of J-PARC linac

道園 真一郎*; Fang, Z.*; 松本 利広*; 山口 誠哉*; 小林 鉄也; 岡田 喜仁*

Proceedings of 2009 Particle Accelerator Conference (PAC '09) (DVD-ROM), p.2201 - 2203, 2009/05

J-PARCリニアックでは972MHzのRFシステムによる400MeVエネルギーへの増強の計画が進められている。その加速電界の安定性は振幅,位相それぞれ$$pm$$1%, $$pm$$1度以内が要求されている。デジタルLLRFの基本コンセプトは現在の324MHzのシステムと同じでコンパクトPCI筐体を用いる。大きな違いは、RF信号/クロック信号発生器(RF&CLKボード),ミキサー及びIQ変調器(IQ&mixerボード)、そしてデジタル制御のアルゴリズムである。現在の324MHzの空洞に比べ、高い周波数により減衰時間が速くなるため、チョップドビーム負荷補償が大きな開発要素の一つである。この報告では972MHzデジタルフィードバックシステムの特徴や性能について、模擬空洞を用いた評価結果をまとめた。

論文

Pulse-by-pulse switching of beam loading compensation in J-PARC linac RF control

小林 鉄也; 千代 悦司; 鈴木 浩幸; 穴見 昌三*; Fang, Z.*; 道園 真一郎*; 山口 誠哉*

Proceedings of 24th International Linear Accelerator Conference (LINAC 2008) (CD-ROM), p.1054 - 1056, 2009/00

J-PARCリニアックのLLRFでは、ビーム負荷補償のためのフィードフォーワード(FF)制御パラメータをパルスごとに(繰り返し25Hz又は50Hz)で切り替わる機能を新たに追加した。本システムでは加速電界制御のためFPGAを用いたデジタルフィードバック(FB)制御を行い、またビームローディングに対してはマクロビームパルス立ち上がりはFB制御だけでは追いつかないためFF制御を組合せている。ここでFF制御の位相・振幅はビーム電流に対して最適に設定することが重要である。一方J-PARCでは、リニアック後段の3GeVリングが「物質・生命科学実験施設」及び50GeVリングのどちらにビームを振り分けるかによって、リニアックのビーム電流(正確には中間パルスのデューティ)が変わるため、それぞれのビームの振り分けごとにFFの位相・振幅が切り替わる必要がある。そこでJ-PARCのタイミングシステムを利用し、別途入力するゲート幅に対応したプリセット値で切り換わる仕組みをFPGAプログラムに追加した。

論文

LLRF control system of the J-PARC linac

Fang, Z.*; 穴見 昌三*; 道園 真一郎*; 山口 誠哉*; 小林 鉄也; 鈴木 浩幸

Proceedings of 24th International Linear Accelerator Conference (LINAC 2008) (CD-ROM), p.1039 - 1041, 2009/00

J-PARCリニアックでは、1つのクライストロンで2台の加速空洞に電力を供給する。加速電界の振幅,位相はFPGAを用いたデジタルフィードバック制御システムによりコントロールされる。ビームローディンなしで振幅,位相それぞれ$$pm$$0.1% and $$pm$$0.1度の安定性で、またビームローディングがあっても、それぞれ$$pm$$0.3% and $$pm$$0.2度の安定性を達成している。また空洞共振周波数(チューナ)も本システムのDSPによって自動制御され、離調度$$pm$$1度以内で正常に制御されている。またRFパルス波形の減衰から、空洞離調度及びQ値を計算し、運転中リアルタイムでそれらをPLC制御パネルに表示できるようにした。

論文

デジタル低電力高周波系の開発

道園 真一郎*; 穴見 昌三*; 片桐 広明*; Fang, Z.*; 松本 利広*; 三浦 孝子*; 矢野 喜治*; 山口 誠哉*; 小林 鉄也

加速器, 5(2), p.127 - 136, 2008/07

低電力高周波(LLRF)制御をデジタルで処理する最大の利点の1つとして、その柔軟性があげられる。ここ10年くらいで加速器のLLRFシステムにデジタル処理系が加わってきたのは、携帯電話等のデジタル通信,医療系やコンピュータ用の高速処理技術の急速な発展の恩恵を受けているものである。J-PARCリニアックのLLRFシステムではcPCIクレートとFPGAによるデジタルフィードバックシステムを採用し、その運転に成功した。その成果をもとにSTF(ILC建設に向けたKEKの試験加速器施設)におけるLLRFの開発を進めている。本解説では、これまで著者が開発に携わったJ-PARCリニアック及びSTFのデジタルLLRF系を紹介し、今後のデジタル系が適用される将来計画(ILCやERL)についても述べる。

論文

Progress in R&D efforts on the energy recovery linac in Japan

坂中 章悟*; 吾郷 智紀*; 榎本 収志*; 福田 茂樹*; 古川 和朗*; 古屋 貴章*; 芳賀 開一*; 原田 健太郎*; 平松 成範*; 本田 融*; et al.

Proceedings of 11th European Particle Accelerator Conference (EPAC '08) (CD-ROM), p.205 - 207, 2008/06

コヒーレントX線,フェムト秒X線の発生が可能な次世代放射光源としてエネルギー回収型リニアック(ERL)が提案されており、その実現に向けた要素技術の研究開発が日本国内の複数研究機関の協力のもと進められている。本稿では、ERL放射光源の研究開発の現状を報告する。

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