次世代線形加速器における高精度高安定ビーム光学制御の研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14540288
• 研究機関: 高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 古川 和朗 高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 助教授 (00190132)
• 研究分担者: 諏訪田 剛 高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 助手 (20236061) ; 上窪田 紀彦 高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 助教授 (10183782) ; 小川 雄二郎 高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 助教授 (70177145) ; 紙谷 琢哉 高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 助手 (20211857)
• キーワード: 安定化 / エネルギー幅 / ビーム光学 / エミッタンス / 多電極ビームモニタ / ビーム品質 / ビームフィードバック / 線形加速器

研究概要

高エネルギー物理実験や放射光実験においては、精密な実験データの取得の必要性が高まっており、特にリニアコライダ、SASE FEL、大強度陽子加速器など次世代の粒子線形加速器において、超高輝度、高安定の粒子ビームの加速が重要になっている。
本研究においてはこのような要求に応えるために、これまで用いられてきた粒子の数や粒子の位置などの情報の他にも粒子ビーム品質を測定する手段を確立し、ビーム光学的に安定度を高める手法を探った。
まず、これまでの4電極のビームモニタに加え、8電極のビームモニタを実用化し、ビーム位置や強度の情報の他に横方向のビーム形状の情報を取得できるようにした。この情報は他の情報と組み合わせることによって、横方向のビームエミッタンスやエネルギー幅の情報に換算することができ、非破壊のビーム品質や安定度のモニタとして利用されるようになった。
KEKBの入射ビームに対しては、常時このような情報の監視を始めており、入射の安定度を格段に高めることが可能になった。特にエネルギー幅の監視情報はKEKB入射の安定化において不可欠になっている。またすでに他の加速器でも導入が検討されている。
さらに、高速(50Hzパルス毎)の情報読み出し機構の開発にも成功し、速いフィードバックなどへの応用も期待されているので、マイクロ波の高速制御機構の構築を急いでいる。
このように非破壊、かつ実時間で新しく入手可能になった情報を使用して、加速マイクロ波やタイミング制御機構の安定度とビームの品質安定度の相関関係を、特に線形光学で評価しにくいウェーク場の測定を通して理解を進めて来た。そして、エネルギー幅などのビーム品質の最適化アルゴリズムの実装を行い、また複数のビーム制御情報間の相関関係を蓄積表示するソフトウェア環境も構築し、ビーム品質安定化とその評価が行えるようになった。これによって、通常と異なる運転形態を必要とするチャネリング実験などについても敏速に対応できるようになった。

研究成果

• [文献書誌] K.Furukawa et al.: "Present Performance and Future Upgrade of the KEKB Electron Linac"Proceedings of the XXI International Linear Accelerator Conference (LINAC2002).. 21. 382-384 (2002)
• [文献書誌] K.Furukawa et al.: "Beam Feedback Systems And BPM Read-Out System for the Two-Bunch Acceleration at the KEKB Linac"Proceedings of the 8th International Conference on Accelerator and Large Experimental Physics Control Systems. 8. 266-268 (2002)
• [文献書誌] T.Sawada et al.: "Nondestructive beam energy-spread monitor using multi-strip-line electrodes"Physical Review Special Topics Accelerator and Beams. 6. 032801 (2003)
• [文献書誌] M.Satoh et al.: "Two-bunch Orbit Correction Using the Wake Field Kick"Proceedings of 2003 Particle Accelerator Conference. 20. 3368-3370 (2003)
• [文献書誌] T.Suwada et al.: "Development of a New Beam-Energy-Spread Monitor Using Multi-Stripline Electrodes"Proceedings of 2003 Particle Accelerator Conference. 20. 533-535 (2003)
• [文献書誌] T.Suwada et al.: "Trigger-Timing Signal Distribution System for the KEK Electron/Positron Injector Linac"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A. 521. 549-555 (2004)