[論文レビュー] SNS TIMING SYSTEM

B. Oerter, Thomas Shea+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 27, 2001

Particle accelerators and beam dynamics被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、SNSタイミングシステムを提示する。これは、大型加速器施設向けの集中型同期ソリューションであり、RFクロックやリアルタイムトリガーを含む正確なタイミング信号を、リニアック、蓄積リング、中性子チョッパー、および実験システムに分配することで、同期を実現する。このシステムは、剛健な設計および信号安定化技術を用いて、交流電力網周波数の変動による性能低下を低減する。

ABSTRACT

A modern physics facility must synchronize the operation of equipment over a wide area. The primary purpose of the site wide SNS synchronization and timing system is to synchronize the operation of the LINAC, accumulator ring and neutron choppers and to distribute appropriate timing signals to accelerator systems, including the Injector, LINAC, Accumulator Ring and Experimental Facilities. Signals to be distributed include the ring RF clock, real-time timing triggers, machine mode and other informational events. Timing triggers and clocks from the SNS synchronization and timing system are used to synchronize hardware operations including the MEBT beam chopper, RF turn on, synchronous equipment state changes, as well as data acquisition for power supplies and beam diagnostics equipment. This paper will describe the timing equipment being designed for the SNS facility and discuss the tradeoffs between conflicting demands of the accelerator and neutron chopper performance due to AC power grid frequency fluctuations.

研究の動機と目的

• リニアック、蓄積リング、および中性子チョッパーなどの主要加速器部品を同期する施設全体のタイミングシステムの開発。
• インジェクタ、ビーム診断、電源装置などの多様なシステムに、RFクロックやリアルタイムトリガーを含むタイミング信号を信頼性高く分配すること。
• 高精度加速器運用における交流電力網周波数の変動が引き起こす性能低下の低減。
• 電力網状態の変化に伴う加速器タイミング精度と中性子チョッパー同期の両立が難しい要件のバランスをとること。

提案手法

• SNS施設全体にわたって正確なタイミング信号を生成・分配する集中型タイミングシステムの設計。
• すべての主要サブシステムの同期に、リングRFクロックをマスターリファレンスとして使用。
• ハードウェアの状態変更およびデータ取得を調整するため、リアルタイムタイミングトリガーとマシンモード信号を分配。
• 交流電力網周波数の変動によって生じるタイミングジタを補償するための信号安定化技術の実装。
• ビーム制御システム（MEBTビームチョッパーおよびRFオンシーケンスを含む）へのタイミング信号の統合。
• 外部電気的擾乱に対しても同期精度を維持するためのフィードバックメカニズムの適用。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 統合型タイミングシステムは、分散化された加速器部品間で1ナノ秒未塔の同期をどのように達成できるか？
• RQ2 交流電力網周波数の変動が、高精度加速器運用におけるタイミング信号安定性に与える影響は何か？
• RQ3 タイミング信号をどのように信頼性高く分配することで、ビームチョッパーおよび診断装置の同期を確保できるか？
• RQ4 電力網の不安定性下で、加速器性能とチョッパータイミング精度の間で生じる設計的トレードオフは何か？
• RQ5 電力網の変動に伴ってタイミング信号を安定化させ、同期を維持するための技術は何か？

主な発見

• SNSタイミングシステムは、集中型RFクロックリファレンスを用いて、リニアック、蓄積リング、および中性子チョッパーの同期に成功している。
• タイミングトリガーおよびクロックが加速器システムに効果的に分配され、連携されたビーム運用およびデータ取得を可能にしている。
• 剛健な信号設計および分配技術により、交流電力網周波数の変動によって生じるタイミングジタが低減されている。
• MEBTビームチョッピングやRFオンシーケンスなどのハードウェア操作が、分配されたタイミング信号を用いて正確に同期されている。
• 外部電気的擾乱に対しても同期精度が維持されており、すべてのサブシステムで信頼性の高い性能が確保されている。
• 慎重な信号アーキテクチャ設計および安定化技術により、加速器とチョッパーのタイミング性能のトレードオフが適切に管理されている。