A c c e l e r a t o r S t a b i l i z a t i o n A n e w m e t h o d w a s i n v e n t e d t o r e a l i z e c o m p l e t e s y n c h r o n i z a t i o n o f t h e b e a m t r i g g e r a n d t h e l i n a c R F , a s d e s c r i b e d i n t h e S P r i n g - 8 R e s e a r c h F r o n t i e r s 2 0 0 0 / 2 0 0 1 . T h i s s y s t e m s t a r t e d t o o p e r a t e i n 2 0 0 1 a n d s u c c e s s f u l l y r e d u c e d s h o t - b y - s h o t f l u c t u a t i o n o f t h e b e a m - e n e r g y c e n t e r ( F i g . 6 ) . @ G u n S y n c h r o n o u s 2 8 5 6 M H z @ B u n c h e r A s y n c h r o n o u s 2 8 5 6 M H z 0 3 0 6 0 9 0 1 2 0 T i m e ( m i n . ) B e a m C u r r e n t ( A ) 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 F i g . 7 . S t a b i l i t y o f s i n g l e - b u n c h e d b e a m . R i n g M a s t e r O s c i l l a t o r 5 0 8 . 5 8 M H z C o u n t e r A r b i t r a r y W a v e f o r m G e n e r a t o r B P F ± 6 k H z × 3 2 S t a r t T r i g g e r E x t . C l o c k 8 9 . 2 5 M H z 1 H z G u n T r i g g e r 2 8 5 6 M H z P r o g r a m m e d S i n e W a v e s 2 9 0 μ s C r y s t a l F i l t e r F i g . 6 . B l o c k d i a g r a m o f s y n c h r o n o u s R F r e f e r e n c e g e n e r a t o r . S t a b i l i t y o f a c h a r g e d q u a n t i t y o f a b e a m b u n c h w a s e x a m i n e d a s f o l l o w s : A n e l e c t r o n g u n o f t h e S P r i n g - 8 l i n a c c a n g e n e r a t e a 2 5 0 - p s b e a m . A b u n c h e r c o m p r e s s e s a l m o s t a l l o r a p a r t o f t h e 2 5 0 - p s b e a m a c c o r d i n g t o a n R F p h a s e w h e r e t h e b e a m i s i n j e c t e d , t h e n f o r m s a s i n g l e b u n c h . T h a t i s , b e a m t i m i n g d e f i n e d i n t e r m s o f t h e R F p h a s e d e t e r m i n e s t h e b e a m c h a r g e . F i g u r e 7 s h o w s a n e x a m p l e o f b e a m c u r r e n t m e a s u r e m e n t i n s i n g l e - b u n c h a c c e l e r a t i o n . T h e c u r r e n t f l u c t u a t i o n o b s e r v e d w h e n u s i n g t h e p r e v i o u s a s y n c h r o n o u s s y s t e m d o e s n o t a p p e a r i n t h e n e w s y n c h r o n o u s s y s t e m . T h u s , t h i s m e a s u r e m e n t c l e a r l y p r o v e s t h a t t h e n e w 2 8 5 6 - M H z r e f e r e n c e s i g n a l s y n c h r o n i z e s w i t h t h e b e a m t r i g g e r . 131 R e i n f o r c e m e n t o f B e a m M o n i t o r A B P M s y s t e m e m p l o y i n g a s t r i p - l i n e t y p e p i c k u p a n d a l o g a r i t h m i c d e t e c t i o n m e t h o d h a s b e e n d e v e l o p e d a n d w a s i n s t a l l e d i n 2 0 0 1 . T h e s y s t e m h a s a d y n a m i c r a n g e w i d e r t h a n 4 5 d B a n d a m a x i m u m p o s i t i o n r e s o l u t i o n o f a f e w t e n s o f m i c r o n s ( 2 σ ) . A d a t a a c q u i s i t i o n s y s t e m w a s r e q u i r e d t o p r o c e s s d a t a o f a l l t h e c h a n n e l s s y n c h r o n i z i n g w i t h 6 0 - H z b e a m p u l s e s t o r e p r e s e n t a o n e - p a s s b e a m o r b i t o f t h e l i n a c . T h e r e f o r e , a s h a r e d - m e m o r y m e t h o d w a s i n t r o d u c e d f o r s y n c h r o n i z e d d a t a a c q u i s i t i o n b y s e v e r a l V M E s , a s s h o w n i n F i g . 8 . T h e d a t a a c q u i s i t i o n s y s t e m i s a l m o s t c o m p l e t e d a n d a n a u t o m a t i c b e a m s t e e r i n g p r o g r a m h a s b e e n m a d e a n d i s c u r r e n t l y u n d e r g o i n g t e s t i n g . T h e s h a r e d m e m o r y n e t w o r k w i l l f u n c t i o n s o o n . T o m o n i t o r t h e b e a m e n e r g y a n d e n e r g y d i s t r i b u t i o n , a b e a m - p e n e t r a t i o n t y p e t h i n f o i l s c r e e n m o n i t o r w a s i n t r o d u c e d i n t h e c e n t e r o f t h e E C S ’ c h i c a n e s e c t i o n w h e r e t h e e n e r g y d i s p e r s i o n i s 1 m . T h e t h i n f o i l i s a 1 2 . 5 - μ m t h i c k K a p t o n f i l m c o a t e d w i t h 0 . 4 - μ m t h i c k a l u m i n u m , a n d i s s t r a i n e d o n a f r a m e . A C C D c a m e r a c a p t u r e s O T R ( O p t i c a l T r a n s i t i o n R a d i a t i o n ) e m i t t e d b y b e a m i r r a d i a t i o n s o n t h e s c r e e n . T h e c a p t u r e d b e a m i m a g e s a r e a n a l y z e d t o d e t e r m i n e t h e b e a m e n e r g y a n d i t s s p r e a d . T h e 1 - G e V b e a m h a s a n a b s o l u t e 9 0 % e m i t t a n c e o f 4 × 1 0 - 2 π m m m r a d a n d t h e s c r e e n i n c r e a s e s i t t o 1 . 2 × 1 0 - 1 π m m m r a d . T h i s e m i t t a n c e g r o w t h i s n e g l i g i b l e f o r i n j e c t i o n i n t o t h e b o o s t e r s y n c h r o t r o n . T h e r e f o r e , t h e s c r e e n i s a l w a y s i n s e r t e d t o m o n i t o r t h e b e a m e n e r g y d u r i n g t h e b e a m i n j e c t i o n . F i g . 8 . B l o c k d i a g r a m o f B P M d a t a a c q u i s i t i o n s y s t e m . B P M D e t e c t o r A D C M o d u l e 2 8 5 6 - M H z B P F M o d u l e P a r a l l e l - S e r i a l E / O M o d u l e O p t i c a l F i b e r V M E V M E O p t i c a l I n p u t B o a r d O p t i c a l I n p u t B o a r d P C ( L i n u x ) E t h e r N e t S h a r e d M e m o r y S h a r e d M e m o r y S h a r e d M e m o r y 132 H a r u o O h k u m a , H i r o f u m i H a n a k i a n d N o r i t a k a K u m a g a i S P r i n g - 8 / J A S R I F i g . 9 . I m p r o v e m e n t o f t h e l a s e r s p a t i a l p r o f i l e b y a m i c r o l e n s a r r a y . R F G u n D e v e l o p m e n t S i n c e 1 9 9 6 w e h a v e b e e n d e v e l o p i n g a p h o t o c a t h o d e R F g u n a s a h i g h l y q u a l i f i e d e l e c t r o n b e a m s o u r c e i n a t e s t f a c i l i t y a t S P r i n g - 8 . T h e q u a l i t y o f t h e l a s e r b e a m i r r a d i a t e d o n a c a t h o d e s u r f a c e i s e s s e n t i a l f o r s t a b i l i z i n g t h e t o t a l s y s t e m a n d g e n e r a t i n g a l o w - e m i t t a n c e e l e c t r o n b e a m . I n p a r t i c u l a r , i t n e e d s h i g h e r p u l s e e n e r g y s t a b i l i t y a n d i m p r o v e m e n t s i n t h e h o m o g e n e o u s s p a t i a l a n d t e m p o r a l p r o f i l e s o f t h e U V - l a s e r l i g h t s o u r c e . W e s h a p e d t h e l a s e r s p a t i a l p r o f i l e s w i t h a m i c r o l e n s a r r a y . T h i s m i c r o l e n s a r r a y i s a c o l l e c t i o n o f s m a l l h e x a g o n a l c o n v e x l e n s e s w i t h a p i t c h o f 2 5 0 μ m . T h e t r a n s m i s s i o n o f t h i s o p t i c a l a r r a y i s a b o u t 8 0 % i n t h e u l t r a v i o l e t r e g i o n . I t m a k e s a n y s h a p e o f l a s e r s p a t i a l p r o f i l e p o s s i b l e , s u c h a s a S i l k - h a t ( c y l i n d r i c a l f l a t t o p ) w i t h c o n v e x l e n s c o m b i n a t i o n s , a s s h o w n i n F i g . 9 . T h e o u t s k i r t s o f q u a s i - f l a t t o p - s h a p e d l a s e r b e a m w e r e c u t t h r o u g h a p i n h o l e w i t h a d i a m e t e r o f 1 0 0 o r 2 0 0 μ m , s t a b i l i z i n g t h e e n e r g y a n d p o i n t i n g s t a b i l i t y o f t h e U V - l a s e r . T h i s o p t i c a l s e t - u p m a d e t h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s r e p r o d u c i b l e . C o n s e q u e n t l y , i t w a s p o s s i b l e t o p o s i t i o n t h e l a s e r s p o t o n t h e c a t h o d e s u r f a c e a c c u r a t e l y o n a n o p t i m u m b e a m a x i s , w h e r e t h e c e n t e r a x i s o f a n R F g u n c a v i t y a n d t h e m a g n e t i c c e n t e r a x i s o f a b e a m f o c u s s i n g H e l m h o l t z c o i l s w e r e a l i g n e d . A s a r e s u l t , w e c o u l d o b t a i n t h e m i n i m u m e m i t t a n c e v a l u e o f 2 π m m m r a d w i t h a b e a m e n e r g y o f 3 . 1 M e V , h o l d i n g i t s c h a r g e t o 0 . 1 n C / b u n c h . Homogenizing 133
home
- JP
- EN