CAVITY BEAM TILT MONITOR 高周波空洞を用いたビーム傾きモニターの設計岡本大典卒業発表～目次～ •ILC（リニアコライダー）について •ATF •ATF2プロジェクト •Cavity BTM（ビーム傾きモニター） •原理 •見込める性能 •今後について ILC（国際リニアコライダー）全長３０kmにおよぶ線形加速器、電子と陽電子を加速し衝突させる。重心系エネルギー 500[GeV]～１[TeV] ダンピングリング最終収束系 ILCのビームサイズ５nm ATF ATF2 ３００μm ６００nm ATF Accelerator Test Facility(加速器試験施設)  つくばのKEK（高エネルギー研究所）に設置されている試験加速器  ILC（リニアコライダー）などの次世代加速器の実現を目指した開発研究特徴 •低エミッタンスなビームビームの広がり角 •高精度なビーム測定技術 × ビームサイズ ILC最終収束系の技術開発を目的としたビームラインの拡張計画がある ATF２プロジェクト ATFで作られる低エミッタンスなビームをあらたなビームラインで細くしぼる。 ILC最終収束系のスケールダウンモデル建設段階にあり、２００８年秋の運転開始を目指すキッカー ATF2であらたに加わる部分電子銃ダンピングリング ATF２の目標 ３７nmほどのビームサイズの実現と、そのビームサイズが維持できる最終収束系の検証 nmスケールでのビーム軌道の測定、及び制御ビーム軌道の傾きを測る傾いたビーム本来のビーム軌道 θ θを正確に測りたいビーム傾きモニターの設計 Cavity BTM 高周波空洞を用いたビーム傾きモニタービームが空洞中を通過すると、空洞内では高周波電磁場が励起される。高周波電磁場の中でビームの傾きに依存して大きく励起されるモードを解析することで、ビームの傾きを測定する。空洞とビーム Beam ＊周りは導体でつくられている電場の様子（空洞の断面図）電場 Z TM010 モノポールモード TM１10 ダイポールモード TM０１０やTM１１０を用いる理由 •最低周波数の基本モードなので、ほかの高次のモードとの分離が楽にできる •電場をZ方向の成分しかもたない角度をもったビームが空洞を通ることを考える Beam 電場 θ 2Rtanθ Z R 空洞を通りすぎる間にビームはZ方向の移動距離に依存した電圧を感じる（つまりθに依存）ビームと空洞の間でエネルギー保存 ΔU Cavity = －ΔU beam モードのエネルギーが励起される信号の取り出し方例えば、空洞の壁にスリットをつくってやることで磁場を取り出して読みだすことができる。スリットから押し出される磁場をアンテナで捕えるスリット磁場アンテナ同じ原理を基に制作されたCavity BPM (ビーム位置モニター) 二つ同じもの空洞アンテナスリット＠ＡＴＦ直方体の空洞で、TM１２０（ダイポールモード）を用いてビームの通った位置を検出する。位置分解能・・・約8.7[nm]の精度を実現見込める性能 Cavity BTMの限界性能は熱ノイズ、電気ノイズによってきまる。熱ノイズ温度があればかならず存在するノイズで、温度と帯域幅から大きさが決まる例えば、室温（３００K）で帯域幅が３MHzの時にはー１０９[dBm]程度の熱ノイズがある。 [dBm]・・１ｍW[ミリワット]を基準にしたときの電力の比小さな信号を表すときによく用いる大きいほど強い信号空洞からの信号の評価空洞から取り出せる信号の電力Pは以下のように定義される P U Q P U Q ω : 周波数 U : モードのエネルギー Q値・・スリットの形、大きさからきまる。今回の熱ノイズとの比較には Q=２００００という値を用いた。見込める信号の強さ（円柱） Axis Title 0 0.05 0.1 0.15 [μrad] [dBm] 30mm 20mm -100 熱ノイズ１バンチの電荷量 -115 1.6[nC] mono di -130 熱ノイズを考えた時の限界は０．０５[μrad]程度実際には回路を通して検出するので電気的ノイズがはいる０．０５[μrad]より大きい角度の測定が見込める。（バンチ長は考慮していない）見込める信号の強さ（直方体） [dBm] 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25[μrad] 0.3 60mm -90 30mm 20mm -105 熱ノイズ -120 １バンチの電荷量 1.6[nC] -135 -150 mono di 熱ノイズを考えた時の限界は０．０７[μrad]程度実際には回路を通して検出するので電気的ノイズがはいる０．０７[μrad]より大きい角度の測定が見込める。円柱と直方体を比べて実際にいずれかのモードを測定する時、できれば他のモードの信号は混ざってほしくない。今の段階では直方体空洞の方が適しているかも・・～今後の流れ～ビームラインを含んだ計算を行うためには、電磁場計算のシミュレーションが必要になる •最適な空洞 •信号の取り出し(スリットの位置、大きさ) 実際に設計図を作っていく