SACLA 電 子 バンチ 振 り 分 け 運 転 XFELはシングルユーザー 施 設 であるが 複 数 BL 運 転 は 実 験 装 置 入 れ 替 え 時 間 などのデッドタイムをなくし 電 子 バンチ 振 り 分 けによるBLの 同 時 運 用 で 利 用 効 率 向 上 が 可 能 但 し

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1 SACLA 加 速 器 における 電 子 バンチ 振 り 分 けシステムの 開 発 原 徹 武 部 英 樹 稲 垣 隆 宏 大 竹 雄 次 田 中 均 RIKEN SPring- 8 Center 深 見 健 司 近 藤 力 JASRI

2 SACLA 電 子 バンチ 振 り 分 け 運 転 XFELはシングルユーザー 施 設 であるが 複 数 BL 運 転 は 実 験 装 置 入 れ 替 え 時 間 などのデッドタイムをなくし 電 子 バンチ 振 り 分 けによるBLの 同 時 運 用 で 利 用 効 率 向 上 が 可 能 但 し 複 数 BL 運 転 では 各 利 用 実 験 で 異 なる 波 長 のレー ザーを 使 うことが 予 想 されるため 電 子 バンチエネル ギーの 制 御 が 不 可 欠 将 来 のSPring- 8アップグレード 計 画 において SACLAを 低 エミッタンス 入 射 器 として 用 いる 場 合 にも 電 子 バン チ 振 り 分 け 技 術 の 確 立 は 必 須

3 Near future plans of SACLA 0.5 MeV 35 MeV 400 MeV 1.4 GeV Aperture Beam dump Gun CB-correction 476MHz Energy slit Chopper Deflector cavity (1.8m 2) 238MHz Injector L-APS(2m 2) LB-correction BC1 BL1 BC2 Undulators (5m 15) λu=15 mm Chicane ID09-19 Undulators (5m 19) λu=18 mm C-band (1.8m 24) Z=0 m Z~13 m Z~50 m Z~120 m Modified YAG screen to avoid COTR 2015 Main C-band (1.8m 104) Switching magnet 8 GeV Jan (R56~-41mm) BL3 XSBT SCSS 0.36 BL2 S-band (3m 8) ID01-08 (R56~-37mm) Undulators (4.5m 2) λu=15 mm Beam dump To users Beam dump Q-mag for dispersion correction BC3 (R56~-7.5mm) Summer 2014 (the same undulator as BL3) SR from SPring-8 Combination of XFEL and SR To SPring-8 Z~390 m Z~615 m 2020? Experimental hall

4 電 子 バンチ 振 り 分 けシステム 線 型 加 速 器 終 端 にあるDC 偏 向 電 磁 石 を 用 いてビーム 軌 道 を±3 偏 向 させることにより 現 在 はBLを 切 り 替 えている 2015 年 1 月 より DC 偏 向 電 磁 石 をキッカー+DCツインセプタム 電 磁 石 に 置 き 換 え 最 大 60 Hzの 電 子 バンチを 各 BLへ 振 り 分 ける To BL1, 2 END of linac 52 mrad (3 ) To BL3 DC bend To BL4, 5 and SPring- 8 Kicker (10 mrad) DC twin septum (42 mrad) To BL1, 2 To BL3 To BL4, 5 and SPring- 8

5 電 子 ビーム 軌 道 安 定 性 Linac Kicker (±9.26 mrad) ±50mm orbit separation DC twin-septum (±43.1 mrad) BL1,2 BL3 BL4,5 SP-8 Stability of power supplies (p- p) Kicker magnet (target ) = 0.3 μrad(0.1 μrad) DC septum = 0.4 μrad (design) DC bend of BL = 0.15 μrad (achieved) Orbit stability 1 - > 1.13 μrad (p-

6 キッカー電磁石および電源の開発 キッカー電磁石および電源は製作済み 0.35 mm silicon steel H. Takebe et al., SUOL01 PWM (Pulse Width Modulaaon) type, 320 A- 150 V, 60 Hz trapezoidal waveform, FET 8- unit in parallel, made by Nichicon Kusatsu.

7 台 形 波 駆 動 による 任 意 振 り 分 け pps Electron beam aming at 60 Hz 16.7 ms BL2 200 A BL3 BL3 BL G BL4 BL2 ch1: 500mV/di ch2:nmr Kicker current pagern 2V/div measured by DCCT. ch3: 2V/div DistribuDon paeern to BL2, BL3 and BL4 ch4:dcct 120A/div 10ms/di Kicker field measured by a hall probe. H. Takebe et al., SUOL01

8 ゲート 型 NMRを 用 いたパルス 磁 場 測 定 A gated NMR for the measurements of pulsed fields. Resonant frequency is scanned within 0.6 ms. Gate aming can be synchronized to an external trigger. Readout every 0.5 sec. Accuracy Gate opens for 0.6 ms Pulse field Developed by Echo Denshi.

9 キッカー 電 磁 石 の 磁 場 安 定 性 磁 場 安 定 性 は ±15 ppm 以 内 Kicker was operated at 15 pps. Each data point represents the average of 7.5 shots.

10 DCツインセプタム 電 磁 石 Magnetic shields 115 DCセプタム2 台 のセプタム 側 を 対 向 させて 配 置 BL1, 2 BL3 From kicker ±50 mm orbit separaaon BL4, 5, SP-8 BL1, 2 BL3 BL4, 5 & SP A- 10 turns for one septum with the maximum field 7400 G. Expected leakage fields are about 0.2 G and 3 G with and without magneac shield plates, when one septum is on. They can be further reduced with both septums on. DC twin- septum is currently under fabricaaon.

11 BL2ドッグレッグ 部 2 台 の 逆 ベンドを 入 れ ドッグ レッグ 部 のR 56 で 電 子 バンチ 長 の 変 化 を 抑 える To BL2 IDs Steering 4185 Q-mag Screen BPM 4185 DC bend 1610 mm offset To BL3 IDs 84 mm offset Inverse bend 3.7 mrad About 60 m DC septum 5200 Kicker 400 Inverse bends From linac R 56 of dogleg: DC switching magnet 1.6 mm, kicker + septum without correcaon 4.0 mm, kicker + septum with correcaon 0.07±0.4 mm.

12 複 数 ビームラインの 同 時 運 転 (BL2+BL3) 利 用 実 験 で 使 用 するレーザー 波 長 がビームライン 間 で 異 なる 場 合 アンジュレータの 波 長 調 整 範 囲 には 制 限 があるため 電 子 バンチ 毎 にビームエネルギーを 最 適 化 する 必 要 従 来 の 施 設 デザイン(SwissFEL PAL XFELなど)

13 線 型 加 速 器 におけるマルチビームエネルギー 運 転 線 型 加 速 器 のいくつかのRFユニットをビーム 繰 り 返 しと 異 なる 周 波 数 で 動 作 させることにより 電 子 バンチ 毎 にエネルギーを 制 御 キッカー 電 磁 石 のバンチ 振 り 分 けと 組 み 合 わせ 最 適 なエネル ギーを 持 つ 電 子 バンチを 各 BLへ 供 給

14 SACLA BL3を 用 いたマルチビームエネルギー 運 転 ビームエネルギーはBL3アンジュレータ 上 流 のシケインで 測 定 Bunch repeaaon 10 Hz. 8 C- band RF units (16 accelerator structures) are operated at 5 Hz.

15 SACLA BL3を 用 いたマルチビームエネルギー 運 転 7.3 GeV 7.8 GeV Bunch repeaaon C- band 4 RF units 10 Hz 5 Hz 7.3 GeV 7.55 GeV 7.8 GeV Bunch repeaaon C- band 2 RF units C- band 2 RF units 10 Hz 5 Hz 1 Hz

16 SPring- 8- IIへのビーム入射に向けて 電子ビームエネルギー6 GeV 電荷量100 pc程度 トップアップ時の入射器運転コストの削減し 高効率入射を達成する SACLAからXBSTを通し シンクロ出口までのビーム試験は終了 CSRによりエミッタンス悪化を防ぐため ピーク電流の制御が課題 SACLA linac Beam injecaon from SACLA SSBT Beam injecaon from Linac + Synchrotron

17 まとめ 2 本 目 のXFELビームラインBL2を 2014 年 夏 期 停 止 期 間 に 設 置 秋 よりDC 偏 向 電 磁 石 を 用 いてcommissioning 2015 年 1 月 より キッカーとDCツインセプタムを 用 いた 電 子 バンチ 振 り 分 けおよびビームエネルギー 制 御 の 試 験 を 開 始 SPring- 8- IIへのビーム 入 射 に 向 けての 課 題 - RFユニットのオンオフのみならず 位 相 をバンチ 毎 に 変 え ピー ク 電 流 を 制 御 する 技 術 の 確 立 - 任 意 のタイミングで 行 う 必 要 - 常 時 入 射 には 信 頼 性 や 再 現 性 の 向 上 が 不 可 欠