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Beam Position Monitor system for Super KEKB. KEKB Monitor Group M.Tejima. 考慮するべきガイドライン. 予算の制約⇨現状のエレクトロにクスと同軸ケーブルを最大限使用。 測定性能は現状維持。(精度:数ミクロン、繰返し時間 3 〜 4秒) ビーム強度増加対策⇨ボタン電極の径を小さくすることで対応。 真空フィードスルーコネクタの検討 ‥‥ コネクタの電気的接触の安定化。 SMA コネクタの検討. Super-KEKB の大電流に対応するため に. 大電流ビーム 2.6A ---> 9.4A - PowerPoint PPT Presentation
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Beam Position Monitor system for Super KEKB
KEKB Monitor GroupM.Tejima
考慮するべきガイドライン
• 予算の制約 現状のエレクトロにクスと同軸ケーブ⇨ルを最大限使用。
• 測定性能は現状維持。(精度:数ミクロン、繰返し時間 3〜4秒)
• ビーム強度増加対策 ボタン電極の径を小さくする⇨ことで対応。
• 真空フィードスルーコネクタの検討‥‥コネクタの電気的接触の安定化。 SMA コネクタの検討
Super-KEKB の大電流に対応するために
大電流ビーム2.6A ---> 9.4A
現状の回路はビーム電流 2.6A までプログラマブルアッテネータで対応している。固定アッテネータを追加?
⇩ボタン電極の直径を小さくする
12mm-->6mmフィードスルーを通過する信号電力が下がり KEKB と同じで安全
⇩出力信号電圧が下がる。
1 / 4測定性能の下限が上がる4倍のビーム電流で KEKB と同程度
ボタン電極の信号スペクトル (1)KEKB-LERbpm の場合
• ChamberD=94mm• ButtonD=12mm• BunchL=5mm• BunchN=5000• TotalCur.=2.6[A]• Eta=.041
Total Power=0.8Watt
KEKB_power spectrum
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
0 10 20 30 40 50
Frequency[GHz]
Power[dBm]
Power[dBm] TrPower[dBm]
KEKB Vspectrum
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
0 10 20 30 40 50
Voltage
ボタン電極の信号スペクトル (2)SKEKB-LERbpm の場合
• ChamberD=94mm• ButtonD=6mm• BunchL=3mm• BunchN=5000• TotalCur.=9.4[A]• Eta=.02
TotalPower=1.2Watt
Vspectrum[V]
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
0 10 20 30 40 50
SuperKEKB_Power spectrum
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
0 10 20 30 40 50
Frequency[GHz]
Power[dBm]
Power[dBm] TrPower[dBm]
ボタン電極の信号スペクトル (3)KEKB-OCTOPOS の場合
• ChamberD=52mm• ButtonD=6mm• BunchL=5mm• BunchN=5000• BunchS=1[bucket]• TotalCu=2.6[A]• Eta=.037• Cable=100m• Capacitance2.0E-12• Beam 位置 (8, 0) の時
最もビームに近い電極
Total Power=1.5watt
OCTOPOS Vspectrum
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
0 10 20 30 40 50
Frequency{GHz]
Vout
@ 8mm
OCTOPOS Power specrum
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
0 10 20 30 40 50
Frequency[GHz]
Power[dBm]
Power[dBm] TrPower[dBm]
Total Power[Watt]
Button electrode
Cable Loss Electronics
KEKB(LER)
Beam 2.6A0.798watt 0.789watt 0.009watt
Super-KEKB
(LER φ6mm)
Beam 9.4A
1.17watt 1.16watt 0.009watt
Super-KEKB
(LER φ12mm)
Beam 9.4A
15.7watt 15.67watt 0.029watt
Power at 1GHz to Electronics100m cable (200m cable)
Beam 20mA 30mA2.6A(KEKB)
9.4A(SKEKB)
KEKB-39.0 dBm
(-49.0)
-27.0dBm
(-37.0)
3.5dBm
(-6.5)
Super
KEKB
-51.1dBm
(-61.1)
-39.1dBm
(-49.1)
2.3dBm
(-7.7)
Optics correction は 80mA 前後
508MHz 検波の場合は数 dB 信号 Power が下がる。
One-Pass detectorSuper KEKB のボタン電極
直径 12mm ----> 6mm
信号レベルは 1/4 ( -12dB)に
測定可能な最低電荷
KEKB 0.3nC SKEKB 1.2nC⇨
10nC ≒1mA/bunch
KEKB と super KEKB との比較
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
-90 -70 -50 -30 -10
Input[dBm] KEKB
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Bunch charge[nC] Super KEKB
Output VResolution
(1.0) (10.0)(0.1)
(Bunch charge[nC])
(0.4) (4.0) (40.0)
BPM ブロック&ボタン電極• 直径は 12mm --> 6mm• フィードスルーは、 SMA コネクタ male-type
現在 OCTOPOS で使用中のものを改良• ロウ付けはやめて、フランジ接続で取り付け
Skew Q bpm で実施利点は工期短縮、交換可能
• キャリブレーション– ベンチテストは電極の高圧試験(絶縁抵抗の確認)
Beam mapping による Gain 補正で対応多項式係数はモデルに基ずく
– BPM 測量は最初の COD 測定に必要( BBA によるオフセット測定はビーム蓄積後)
OCTOPOS bpmSuper KEKB
• ChamberD=52mm• ButtonD=3mm• BunchL=3mm• BunchN=5000• BunchS=1[Bucket]• TotalCu=9.4[A]• Eta=.018• Cable=100m• Capacitance2.0E-12• Beam 位置 (8, 0) の時
最もビームに近い電極
Total Power=2.34wattボタン径 3mm以下
OCTOPOS Vspectrum
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
0 10 20 30 40 50Frequency[GHz]
OCTOPOS Power Spectrum
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
0 10 20 30 40 50
Frequency[GHz]
Max Power[dBm] MaxTRPower[dBm]
ケーブル
• 4芯同軸 再利用⇨• 5 D 波形ケーブル 再利用⇨• 側室のケーブル 再利用⇨• セミリジドケーブル 新作⇨Female コネクタ、対放射線セミリドケーブルの開発
PEEK……信号ロスが大きい、 KEKB では問題無し無機質……信号ロス小さい、絶縁不良トラブル?
検出回路、制御回路• 全て再利用• 半導体の寿命が心配されるが未知数
予備品は1側室分確保• VXI main frame の寿命が最も心配⇨予備品を確保• VXI-MXI-1 と VME-MXI -1 は製造中止
予備品は数セットVXI-MXI-2 と VME-MXI -2 に置換える置き換える時は1側室全部(6台)
• Up-convertor(508-->1017MHz) for Ante-chamber230台
BPM 固定
• 固定設置するべきBPM チェンバーの微小振動の影響を無視できないSpring-8 では 20Hzから 200Hz ,磁場を乱す影響
• 振動を押さえた上で固定設置しない場合– BPM の変位を測定して、 (X,Y)オフセットを補正– 現在衝突点付近で使っている、静電容量 Gap セ
ンサーを採用する。– 測定精度について実際にテストする必要あり
性能まとめ
高調波検波 BPM
• 検波周波 508/1017MHz• 測定電流 30mA以上• 分解能 数 m以下• 再現性 20m以下• 相対精度 100m以下• 測定時間 4 秒以下• バンチ数 Multi-bunc
h
ワン・パス BPM
• 検波周波数 250MHz• 測定電流 0.128 〜 mA/bun
ch• 分解能 0.1 〜 0.5mm• 測定時間 Turn by Turn• バンチ数 Single bunch
今後の課題• SMA型ボタン電極の Mode 確認の上、試作
• セミリジドケーブルの選択
• VXI後、次世代信号処理回路の検討508MHz 検波モジュールの開発と合わせて
• e/p 位相検出モジュールの開発(目標 0. 1deg )OCTOPOS の測定誤差対策