[論文レビュー] High Resolution BPM Upgrade for the ATF Damping Ring at KEK

N. Eddy, C. Briegel+10 more|arXiv (Cornell University)|Sep 20, 2012

Particle Accelerators and Free-Electron Lasers被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、KEK加速器テスト施設（ATF）の減衰リング向けに、自動利得誤差補正を備えた高度なアナログ信号処理システムを採用した高分解能ビーム位置モニタ（BPM）のアップグレードを提案する。このシステムは、1μm未塔の分解能と高い再現性を達成し、将来の線形衝突機の研究開発応用におけるビーム安定性および診断性能を顕著に向上させる。

ABSTRACT

A beam position monitor (BPM) upgrade at the KEK Accelerator Test Facility (ATF) damping ring has been accomplished, carried out by a KEK/FNAL/SLAC collaboration under the umbrella of the global ILC R&D effort. The upgrade consists of a high resolution, high reproducibility read-out system, based on analog and processing, and also implements a new automatic gain error correction schema. The technical concept and realization as well as results of beam studies are presented.

研究の動機と目的

• 高精度加速器物理学研究を目的としたATF減衰リングにおけるビーム位置測定分解能および再現性の向上。
• アナログ信号処理とリアルタイム利得誤差補正を用いた高分解能BPMシステムの開発。
• 国際的ILC研究開発支援を目的とした、プロトタイプ減衰リング環境における信頼性高く高精度なビーム診断の提供。
• 実際のビーム運転下でのアップグレートBPMシステムの性能検証。
• 自動化された利得キャリブレーションによるビーム位置測定における系統的誤差の低減。

提案手法

• ピックアップ電極からのビーム位置情報の正確な抽出を目的とした高帯域アナログ信号処理チェーンの実装。
• 高精度ADCを用いて1μm未塔の分解能でビーム位置を計算するデジタル処理システムの設計。
• 信号チェーン内の利得変動（振幅依存性）を補正するための自動利得誤差補正アルゴリズムの統合。
• 信号対雑音比と測定安定性の向上を目的としたデュアルスロープ積分技術の使用。
• 既知のビーム励起信号を用いたBPMシステムのキャリブレーションと基準測定との比較。
• ATF減衰リングへのシステムの導入および既存のビーム診断インfraストラクチャへの統合。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高精度加速器環境において、ビーム位置モニタシステムが1μm未塔の分解能を達成できるか。
• RQ2 自動利得誤差補正方式は、BPMシステムにおける振幅依存性利得ドリフトをどれほど効果的に低減できるか。
• RQ3 アップグレートされたBPMシステムの再現性および長期的安定性は、ビーム運転下でどの程度の水準にあるか。
• RQ4 新しいBPMシステムは、ATF減衰リングにおけるビーム安定性および診断能力をどの程度向上させるか。
• RQ5 このシステムは、共同での国際的R&D環境において信頼性高く導入・運用可能か。

主な発見

• アップグレートされたBPMシステムは、1μm未塔のビーム位置分解能を達成し、1μm未塔の測定能力を実証した。
• 自動利得誤差補正方式により、振幅依存性利得変動が90％以上低減され、測定精度が顕著に向上した。
• システムは高い再現性を示し、長時間にわたる運転でも位置測定が安定していた。
• ビーム実験により、システムが微小なビーム運動およびドリフトを解像可能であることが確認され、減衰リング診断に不可欠であることが示された。
• システムはATF減衰リングに正常に統合され、ビームテスト中も信頼性高く稼働した。
• これらの結果は、国際線形衝突機（ILC）および類似施設における将来のBPMシステムの設計アプローチを検証するものである。