Beam Position Monitor system for Super KEKB

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
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
KEKB Vspectrum
2
ChamberD=94mm
ButtonD=12mm
BunchL=5mm
BunchN=5000
TotalCur.=2.6[A]
Eta=.041
1.6
1.4
Voltage
•
•
•
•
•
•
1.8
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
10
20
30
40
50
40
50
KEKB_power spectrum
Power[dBm]
TrPower[dBm]
40
20
0
Power[dBm]
Total Power=0.8Watt
-20
-40
-60
-80
-100
0
10
20
30
Frequency[GHz]
ボタン電極の信号スペクトル(2)
SKEKB-LERbpmの場合
Vspectrum[V]
2
1.8
ChamberD=94mm
ButtonD=6mm
BunchL=3mm
BunchN=5000
TotalCur.=9.4[A]
Eta=.02
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
10
20
30
40
50
40
50
SuperKEKB_Power spectrum
Power[dBm]
TrPower[dBm]
40
20
TotalPower=1.2Watt
0
Power[dBm]
•
•
•
•
•
•
-20
-40
-60
-80
-100
0
10
20
30
Frequency[GHz]
ボタン電極の信号スペクトル(3)
KEKB-OCTOPOSの場合
OCTOPOS Vspectrum
@ 8mm
•
Beam位置(8, 0)の時
最もビームに近い電極
Total Power=1.5watt
2.5
2.0
Vout
ChamberD=52mm
ButtonD=6mm
BunchL=5mm
BunchN=5000
BunchS=1[bucket]
TotalCu=2.6[A]
Eta=.037
Cable=100m
Capacitance2.0E-12
1.5
1.0
0.5
0.0
0
10
20
30
Frequency{GHz]
40
50
OCTOPOS Power specrum
40
Power[dBm]
20
TrPower[dBm]
0
Power[dBm]
•
•
•
•
•
•
•
•
•
3.0
-20
-40
-60
-80
-100
0
10
20
30
Frequency[GHz]
40
50
Total Power[Watt]
Button
electrode
Cable Loss
Electronics
KEKB(LER)
Beam 2.6A
0.798watt
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 Electronics
100m cable (200m cable)
Beam
20mA
30mA
2.6A(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 detector
Super 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 とsuper KEKBとの比較
KEKB 0.3nC ⇨ SKEKB 1.2nC
Bunch charge[nC] Super KEKB
10nC ≒1mA/bunch
Output[V]
2.5
(0.4)
Resolution
(4.0)
(40.0)
Output V
1.2
1
2
0.8
1.5
0.6
1
0.4
0.5
0.2
0
-90
0
-10
-70(0.1)
-50(1.0)
-30(10.0)
(Bunch charge[nC])
Input[dBm] KEKB
Resolution[mm]
3
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 bpm
Super KEKB
OCTOPOS Vspectrum
•
ChamberD=52mm
ButtonD=3mm
BunchL=3mm
BunchN=5000
BunchS=1[Bucket]
TotalCu=9.4[A]
Eta=.018
Cable=100m
Capacitance2.0E-12
2.5
Vout
2.0
0.5
0.0
0
Total Power=2.34watt
ボタン径 3mm以下
10
20
30
Frequency[GHz]
40
50
OCTOPOS Power Spectrum
40
Max Power[dBm] MaxTRPower[dBm]
20
Beam位置(8, 0)の時
最もビームに近い電極
1.5
1.0
0
Power[dBm]
•
•
•
•
•
•
•
•
•
3.0
-20
-40
-60
-80
-100
0
10
20
30
Frequency[GHz]
40
50
ケーブル
•
•
•
•
４芯同軸⇨再利用
５D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-chamber
230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mm以下
再現性
20mm以下
相対精度 100mm以下
測定時間 4 秒以下
• バンチ数
Multi-bunch
ワン・パスBPM
•
•
•
•
•
検波周波数 250MHz
測定電流 0.128〜mA/bunch
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
1deg）
OCTOPOSの測定誤差対策
0.

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