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論文

Optics tuning for beam collimation in the J-PARC 3-50 beam transport line

原田 寛之; 明午 伸一郎; 白形 政司*; 佐藤 洋一*; 田村 文彦; 手島 昌己*; 橋本 義徳*; 五十嵐 進*; 小関 忠

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.012010_1 - 012010_6, 2015/09

J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)は、1MWのビーム出力を目指している。ビームロスの起源となり得る空間電荷効果などは、ビーム出力が増大するにつれて増大する。それは、制御不能なビームサイズの増大を引き起こし、最終的に制御不能なビームロスへとつながる。3GeVシンクロトロンの下段の加速器である主リング(MR)へのビーム輸送ラインにおいて、ビームコリメータを設置して、それらを活用し、不要に増大したビームを排除することが、MRのビーム出力増強に向けて必須となる。そのコリメータの能力を十二分に発揮させるためには、コリメータが設置している領域において、ビーム光学系を測定し、高精度に調整することが求められる。特に、ビーム運動量の広がりに対してビームサイズが変化する分散関数やビーム巾を決めるベータ関数のような光学系の調整はとても重要である。本発表では、ビーム輸送ラインにおける光学測定の手法を紹介し、シミュレーションに基づく、ビーム光学系の測定ならびに調整結果を報告する。

論文

J-PARC 3-50BTラインにおける光学系の調整

原田 寛之; 明午 伸一郎; 白形 政司*; 佐藤 洋一*; 田村 文彦; 手島 昌己*; 橋本 義徳*; 五十嵐 進*; 小関 忠

Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.39 - 43, 2014/06

J-PARC 3-50BTは、速い繰り返しのシンクロトロン(3GeV RCS)から出射されたビームを遅い繰り返しのシンクロトロン(MR)に輸送するビームラインである。空間電荷効果などビームのエミッタンスやハローを増加させる複合的な要因は、大強度の陽子ビームでは強度が増加するにつれて、非線形に増加する。加えて、MRの物理アパーチャは81$$pi$$mm mradであり、RCSの486$$pi$$mm mradと比較して小さい。そのため、一般的なビーム輸送ラインの役割とは異なり、3-50BTではコリメータエリアを要し、ビームを所定のエミッタンスまで削る機能を有する。加速器を安定に運転するためには、3-50BTのコリメータ性能を十分に発揮に発揮させることが不可欠であり、そのためには3-50BTでの光学系を把握並びに調整する必要がある。本講演では、3-50BTにおける光学系の測定手法を紹介し、測定結果と計算モデルに基づいた調整結果を報告する。

論文

Beam position monitor system of J-PARC RCS

林 直樹; 川瀬 雅人; 畠山 衆一郎; 廣木 成治; 佐伯 理生二; 高橋 博樹; 照山 雄三*; 豊川 良治*; 荒川 大*; 平松 成範*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 677, p.94 - 106, 2012/06

 被引用回数:9 パーセンタイル:62.49(Instruments & Instrumentation)

本論文は、J-PARC RCSのビーム位置モニタ(BPM)システムについて述べる。RCSは、ビームパワー1MWの速い繰返しのシンクロトロンで、そのBPM検出器は、直径250mm以上あるが、ビーム位置を極めて正確に測定する必要がある。さらに、定格から低いビーム強度まで、幅広い範囲で動作することが必要である。リングには、54台のBPMがあり、限られたスペースのため、そのほとんどを補正電磁石の内側に収めた。検出器は、静電容量型で4電極あり、対角線カット形状で構成される電極対は、ビーム位置に対し非常に良い線形出力特性を持つように設計した。また、14bit 40MS/sのADCと600MHzのDSPを持つ信号処理回路を開発し、それらを、shared memoryを介し、EPICSによって制御できるようにした。この回路は、連続して平均ビーム位置を計算するモードでは、25Hzのパルスすべての記録が可能で、ほかに、周回ごとのビーム位置計算など、高度な解析のため、全波形データを残すモードも設定した。

論文

Beam based alignment of synchrotron under coupled quadrupole magnet environment

林 直樹; 畠山 衆一郎; 原田 寛之; 發知 英明; 高野 淳平*; 手島 昌己*; 外山 毅*

Proceedings of 46th ICFA Advanced Beam Dynamics Workshop on High-Intensity and High-Brightness Hadron Beams (HB 2010) (Internet), p.57 - 61, 2010/09

ビーム位置モニタ(BPM)のビームベースドアライメント(BBA)は、正確かつ絶対位置測定のために必要不可欠である。検出器をどんなに注意深い製作,据付を行ってもビームによる校正は必要である。普通は、独立制御可能な四極電磁石系を必要とするが、そのような条件でない場合もあるし、全BPMについての実施には、時間がかかる。四極電磁石が非独立制御系であっても適用可能なBBAは、時間の節約にもなる。本論文では、この方法を一般的に導き、J-PARC RCSでの測定、J-PARC MRで、従来方法との比較について発表する。

論文

J-PARC MR横方向の入射エラー及びベータトロンチューンモニターシステム

畠山 衆一郎; 外山 毅*; 手島 昌己*

Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.631 - 633, 2010/08

J-PARCのMR(Main Ring)は2008年からビームコミッショニングが始まり、現在第1期の設計目標の約1/10の40kW-70kWで定常運転を行っている。ビーム強度増大のハードルの一つは、入射直後のビームロスである。その原因の一つはRCSの出射機器及びMR入射機器の偏向角度の誤差で、それを監視するために横方向の入射エラーを常時モニターすることが要求された。横方向の入射エラーは入射直後のビームバンチの位置情報から計算される。この目的のためにBPMの波形測定のための専用のデジタイザーを新たに用意した。このデジタイザーを用いて入射時のベータトロンチューンの常時モニターも行った。ベータトロンチューンは入射から93ターンまでの短いレンジのバンチ位置を求め高速フーリエ変換を行うことにより3.52秒周期の定常運転でのモニターを可能にした。バンチ位置を求める際、波形に乗るノイズを取り除くためにデジタルハイパスフィルタを使うなどの工夫を行った。

論文

The Data acquisition system of beam position monitors in J-PARC main ring

畠山 衆一郎; 林 直樹; 荒川 大*; 橋本 義徳*; 平松 成範*; 小田切 淳一*; 佐藤 健一郎*; 手島 昌己*; 飛山 真理*; 外山 毅*; et al.

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.2698 - 2700, 2010/05

J-PARC主リングのビーム位置モニタのデータ処理システムは186台のLINUXベースのデータ処理回路(BPMC)と12台のEPICSの入出力コントローラ(IOC)から構成されている。これらはビームの閉軌道の歪み(COD)や1周ごとのビームのバンチの位置を測定するために重要なツールである。このレポートではさまざまな校正係数がどのようにあてはめられているかも含めてデータから位置情報への再構成の方法を述べる。

論文

Beam based alignment of the beam position monitors at J-PARC RCS

林 直樹; 原田 寛之; 發知 英明; 外山 毅*; 手島 昌己*

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.1005 - 1007, 2010/05

J-PARC RCSは、MWクラスの速い繰返しのシンクロトロンで、ダクトのアパチャーは、直径250mm以上で設計された。このように大きなチェンバーサイズにもかかわらず、BPMは、光学パラメータを決めるため精度良いデータを提供している。この目的には、相対位置精度,分解能が重要であるが、さらに高いビーム強度のためには、ビームの絶対位置と精密なCOD補正が必須である。BPM検出器は、注意深く据付られているが、ビームを使った絶対位置測量が必要である。もし、個々の四極電磁石が独立に制御できれば、簡単なBBA手法が使えるが、RCSではそうではない。RCSには、7つの四極電磁石ファミリーがあり、一度にはファミリーごとにしか制御できない。われわれは、従来の手法を複数の四極電磁石が変わる場合でも適用できるように発展させ、RCSに適用した。ここでは、この手法と実験的結果について述べる。

論文

Shot-by-shot beam position monitor system for beam transport line from RCS to MR in J-PARC

手島 昌己*; 荒川 大*; 橋本 義徳*; 佐藤 健一郎*; 外山 毅*; 山本 昇*; 林 直樹; 花村 幸篤*

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.978 - 980, 2010/05

J-PARCのRCSからMRへのビーム輸送ライン(3-50BT)のビーム軌道を安定にするために、14台のビーム位置モニタを据付けた。これらの信号は、ローカル制御棟D01へ導き、14台のデジタルオシロスコープで観測する。データ取得システムは、ショットごとの計測が可能なものとした。

論文

Performance of the main ring BPM during the beam commissioning at J-PARC

外山 毅*; 荒川 大*; 平松 成範*; 五十嵐 進*; Lee, S.*; 松本 浩*; 小田切 淳一*; 手島 昌己*; 飛山 真理*; 橋本 義徳*; et al.

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.981 - 983, 2010/05

J-PARC MRのビームコミッショニング中のBPMの運用経験について報告する。サブジェクトは、(1)特にビームダクトの段差の影響,(2)1秒平均に対し30ミクロンの位置分解能,(3)ビームを使った位置校正である。

論文

Beam instrumentations for the J-PARC RCS commissioning

林 直樹; 廣木 成治; 佐伯 理生二; 豊川 良治; 山本 風海; 吉本 政弘; 荒川 大*; 平松 成範*; Lee, S.*; 佐藤 健一郎*; et al.

Proceedings of 11th European Particle Accelerator Conference (EPAC '08) (CD-ROM), p.1125 - 1127, 2008/06

J-PARCの3-GeV Rapid-Cycling Synchrotron (RCS)は、最近コミッショニングを行った。コミッショニング中に、色々なビーム診断システムが使われた。マルチワイヤプロファイルモニタ(MWPM)は、入射軌道とH0ダンプラインの確立に使われた。エレクトロンキャッチャーは、ビームが荷電変換フォイルに当たっていることの確認に使われ、H0ダンプへの電流を制限する電流モニタも使われた。シングルパス用BPM, IPMは、1/3周モードでの軌道確認に使われた。全周のBPMは、COD測定及びターンごとの位置測定に使われた。チューンモニタは、コヒーレント振動を与えるエキサイターと専用のBPMよりなる。また、RFのfeedback, feedforward用に専用のBPM, FCT, WCMが用意された。論文では、各々の装置のパフォーマンスの紹介とどのように成功裏に終わったビームコミッショニングに使用されたかを報告する。

論文

The Beam position monitor system for the J-PARC RCS

林 直樹; 廣木 成治; 佐伯 理生二; 豊川 良治*; 山本 風海; 荒川 大*; 平松 成範*; Lee, S.*; 佐藤 健一郎*; 手島 昌己*; et al.

Proceedings of 11th European Particle Accelerator Conference (EPAC '08) (CD-ROM), p.1128 - 1130, 2008/06

J-PARC RCSのビーム位置モニタ(BPM)システムが、製作,インストールされ、ビームコミッショニングで成功裏に運用され始めた。リング全周で54台のBPMがあり、そのほとんどがステアリング電磁石の内側に入れられている。BPMは、静電誘導型で、4つの電極を持つ。電極対は、線形性のよい対角カット型で、インストール前に較正された。信号処理ユニットは、14bit, 40MHzサンプリングのADCを持ち、600MHzのDSPを内蔵するものを開発した。ビームコミッショニング初期は、小さな信号のため、信号線の取り回しも注意深く行った。論文では、さらに現在の運用状況について報告する。

論文

J-PARC RCSビームモニターシステムの現状

林 直樹; 廣木 成治; Saha, P. K.; 佐伯 理生二; 豊川 良治*; 山本 風海; 吉本 政弘; 荒川 大*; 平松 成範*; Lee, S.*; et al.

Proceedings of 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.243 - 245, 2008/00

J-PARC RCSは、2007年秋よりビームコミッショニングを開始した。短期間の間に、入射軌道の確立,周回及び3GeVまでの加速,光学系の測定,(4$$times$$10$$^{12}$$ppbで)50kW相当のビームパワー出力を達成した。ビームモニターシステムは、このスムーズなビームコミッショニングに大変重要な役割を果たした。本報告は、このシステム、BPM,入射モニター,IPM,電流モニタ,チューンメータ,ロスモニタの現状報告を行う。

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