bpmの製作状況とマッピング計算 - kek imss...
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BPMの設置場所とタイプ別内訳
• 入射部&診断部: φ63ストリップライン → 4台
• 合流部&直線部: φ50ストリップライン → 27台
• アーク部: 8角形ダクトストリップライン → 10台
• ダンプ部: φ85ストリップライン → 2台
• LCS部: ボタン電極 → 2台 計45台
+4
ストリップライン型BPM
• 電極の幅(ビームからの見込み角)で感度を上げられる
• 検出周波数帯域が広い
• 片端が接地されているためチャージアップしない etc.
SMAフィードスルーはダクトに直接溶接 上下左右に4枚の板状電極を配置 ビームからの見込み角: 20°
【例】 診断部のストリップライン型BPM
ガラス封止型フィードスルー
• 時間応答を速くするため低比誘電率のガラスで絶縁&真空シール
材質はコバール(Kovar)+金メッキ
コネクタはリバースのSMA
ガラス(BHA)の比誘電率 : 5.0
軟化点: 698 ℃
電極長の最適化
Frequency [GHz]
Am
pli
tude
ストリップライン電極の周波数応答:
c
L
c
LiV
sin
2exp)(
感度が最大になる周波数:
)12(4
0 nL
cf
)12(4
0 nL
1.3GHz
2.6GHz 1.3GHz用 ⇒ 57.6 mm (Long型)
2.6GHz用 ⇒ 28.8 mm (Short型)
L = 57.6 mm
L = 28.8 mm
※Short型の1.3GHzに対する感度: 0.71 (-1.5dB)
2.6GHz用BPM (Short型)
• 内径: f50,長さ: 125 mm
• 電極幅: 8.8 mm (見込み角20°)
• 電極長: 28.8 mm
• 特性インピーダンス: 50 W
• 特殊フランジ (f114,下流側回転)
• 大気側からTIG溶接
• アライメント用ターゲット座
【例】 直線部のストリップライン型BPM(試作機)
ビーム位置マッピング
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5
V
U
Y = 0 mm
+10 mm
-10 mm
X =
0 m
m
+10 m
m
-10 m
m
• Particle Studioで計算(境界要素法で追試予定)
• ビームポジション( X, Y )を1mm間隔でスイープ ⇒ , 31
31
VV
VVU
+
42
42
VV
VVV
+
V1
V2
V3
V4
( X, Y )
直線部BPM(Φ50,見込み角20°,Short型)
感度係数
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0 2 4 6 8 10
U
X
y = m1 * M0
errorvalue
0.00046720.077862m1
NA6.0026e-5
NA0.99971R
VkVV
VVkY
UkVV
VVkX
yy
xx
+
+
42
42
31
31
-5 mm ≤ X ≤ 5 mm
-5 mm ≤ Y ≤ 5 mm の範囲で線形応答
8.12 yx kk
直線部BPM(Φ50,見込み角20°,Short型)
出力信号
• GdfidLで計算
• バンチ長: 1 mm(3.3 ps),バンチ電荷: 1 pC,1/4モデル(D0.1 mm)
10
100
1000
104
0 5 10 15 20
Mag
nit
ude
Frequency [GHz]
Peak-to-peak output: 103.5 mV
直線部BPM(Φ50,見込み角20°,Short型)
-60
-40
-20
0
20
40
60
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
Ou
tput
[mV
/pC
]
Time [ns]
進行方向ウェイク,インピーダンス
Loss factor: 59.1 mV/pC
(平均電流10 mA ⇒ 4.6 mW)
直線部BPM(Φ50,見込み角20°,Short型)
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
Wak
e p
ote
nti
al [
V]
s [m]
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
0 5 10 15 20
Re Z
Im ZIm
ped
ance
[W
]
Frequency [GHz]
-1
-0.5
0
0.5
1
-1 -0.5 0 0.5 1
V
U
Y = 0 mm
+10 mm
-10 mm
X =
0 m
m
+10 m
m
-10 m
m
ビーム位置マッピング
• Particle Studioで計算(境界要素法で追試予定)
• ビームポジション( X, Y )を1mm間隔でスイープ ⇒ , 31
31
VV
VVU
+
42
42
VV
VVV
+
V1
V2
V3
V4
( X, Y )
入射部/診断部BPM(Φ63,見込み角20°,Long型)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 2 4 6 8 10
U
X
y = m1 * M0
errorvalue
0.000300590.061541m1
NA8.855e-5
NA0.99972R
感度係数
VkVV
VVkY
UkVV
VVkX
yy
xx
+
+
42
42
31
31
-7 mm ≤ X ≤ 7 mm
-7 mm ≤ Y ≤ 7 mm の範囲で線形応答
2.16 yx kk
入射部/診断部BPM(Φ63,見込み角20°,Long型)
出力信号
• GdfidLで計算
• バンチ長: 1 mm(3.3 ps),バンチ電荷: 1 pC,1/4モデル(D0.1 mm)
Peak-to-peak output: 88.6 mV
入射部/診断部BPM(Φ63,見込み角20°,Long型)
-40
-20
0
20
40
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
Ou
tput
[mV
/pC
]
Time [ns]
10
100
1000
104
0 5 10 15 20
Mag
nit
ud
e
Frequency [GHz]
進行方向ウェイク,インピーダンス
Loss factor: 48.3 mV/pC
(平均電流10 mA ⇒ 3.7 mW)
入射部/診断部BPM(Φ63,見込み角20°,Long型)
-0.08
-0.06
-0.04
-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
Wak
e p
ote
nti
al [
V]
s [m]
-2
-1
0
1
2
3
4
0 5 10 15 20
Re Z
Im Z
Imp
edan
ce [
W]
Frequency [GHz]
-1
-0.5
0
0.5
1
-1 -0.5 0 0.5 1
V
U
Y = 0 mm
+10 mm
-10 mm
X =
0 m
m
+1
0 m
m
-10 m
m
ビーム位置マッピング
• Particle Studioで計算(境界要素法で追試予定)
• ビームポジション( X, Y )を1mm間隔でスイープ ⇒ , 31
31
VV
VVU
+
42
42
VV
VVV
+
V1
V2
V3
V4
( X, Y )
ダンプ部BPM(Φ85,見込み角12°,Long型)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0 2 4 6 8 10
U
X
y = m1 * M0
errorvalue
0.000206760.045529m1
NA6.9767e-5
NA0.99971R
感度係数
VkVV
VVkY
UkVV
VVkX
yy
xx
+
+
42
42
31
31
-8 mm ≤ X ≤ 8 mm
-8 mm ≤ Y ≤ 8 mm の範囲で線形応答
0.22 yx kk
ダンプ部BPM(Φ85,見込み角12°,Long型)
10
100
1000
104
0 5 10 15 20
Mag
nit
ud
e
Frequency [GHz]
-30
-20
-10
0
10
20
30
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
Ou
tput
[mV
/pC
]
Time [ns]
出力信号
• GdfidLで計算
• バンチ長: 1 mm(3.3 ps),バンチ電荷: 1 pC,1/4モデル(D0.1 mm)
Peak-to-peak output: 60.2 mV
ダンプ部BPM(Φ85,見込み角12°,Long型)
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
0 5 10 15 20
Re Z
Im Z
Imp
edan
ce [
W]
Frequency [GHz]
-0.03
-0.02
-0.01
0
0.01
0.02
0.03
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
Wak
e p
ote
nti
al [
V]
s [m]
進行方向ウェイク,インピーダンス
Loss factor: 21.3 mV/pC
(平均電流10 mA ⇒ 1.6 mW)
ダンプ部BPM(Φ85,見込み角12°,Long型)
ビーム位置マッピング
• Particle Studioで計算(境界要素法で追試予定)
• ビームポジション( X, Y )を1mm間隔でスイープ ⇒
アーク部BPM(8角形ダクト,斜面中央,Short型)
4321
3241 )()(
VVVV
VVVVU
+++
++
4321
4321 )()(
VVVV
VVVVV
+++
++
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5
V
U
Y = 0 mm
+10 mm
-10 mm
X =
0 m
m
+1
0 m
m
-10 m
m
V1 V2
V3 V4
( X, Y )
70
40
感度係数
アーク部BPM(8角形ダクト,斜面中央,Short型)
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0 2 4 6 8 10
V
Y
y = m1 * M0
errorvalue
0.000152830.029576m1
NA6.4233e-6
NA0.99979R
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0 2 4 6 8 10
U
X
y = m1 * M0
errorvalue
0.000549860.077673m1
NA8.3147e-5
NA0.9996R
-5 mm ≤ X ≤ 5 mm
-5 mm ≤ Y ≤ 5 mm の範囲で線形応答 8.33 ,9.12 yx kk
VkYUkX yx ,
ビーム位置マッピング
• Particle Studioで計算(境界要素法で追試予定)
• ビームポジション( X, Y )を1mm間隔でスイープ ⇒
アーク部BPM(8角形ダクト,斜面上端,Short型)
4321
3241 )()(
VVVV
VVVVU
+++
++
4321
4321 )()(
VVVV
VVVVV
+++
++
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5
V
U
Y = 0 mm
+10 mm
-10 mm
X =
0 m
m
+1
0 m
m
-10 m
m
V1 V2
V3 V4
( X, Y )
感度係数
アーク部BPM(8角形ダクト,斜面上端,Short型) VkYUkX yx ,
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0 2 4 6 8 10
V
Y
y = m1 * M0
errorvalue
0.000276390.054593m1
NA2.1007e-5
NA0.99979R
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 2 4 6 8 10
U
X
y = m1 * M0
errorvalue
0.000431470.063681m1
NA5.1195e-5
NA0.99963R
-5 mm ≤ X ≤ 5 mm
-5 mm ≤ Y ≤ 5 mm の範囲で線形応答 3.18 ,7.15 yx kk
10
100
1000
104
105
0 5 10 15 20
Mag
nit
ud
e
Frequency [GHz]
-100
-50
0
50
100
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
Ou
tput
[mV
/pC
]
Time [ns]
出力信号
• GdfidLで計算
• バンチ長: 1 mm(3.3 ps),バンチ電荷: 1 pC,1/4モデル(D0.1 mm)
Peak-to-peak output: 172.7 mV
アーク部BPM(8角形ダクト,斜面上端,Short型)
-15
-10
-5
0
5
10
15
0 5 10 15 20
Re Z
Im ZIm
ped
ance
[W
]
Frequency [GHz]
-0.12
-0.08
-0.04
0
0.04
0.08
0.12
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
Wak
e p
ote
nti
al [
V]
s [m]
進行方向ウェイク,インピーダンス
Loss factor: 82.0 mV/pC
(平均電流10 mA ⇒ 6.3 mW)
アーク部BPM(8角形ダクト,斜面上端,Short型)
まとめ
BPM 設置場所
ダクト 電極長 台数 線形範囲 感度係数
kx / ky
出力 [mVpp]
ロスファクター
[mV/pC]
合流部・直線部
Φ50 Short 27 ±5mm 12.8 / 12.8 103.5 59.1
入射部・診断部
Φ63 Long 4 ±7mm 16.2 / 16.2 88.6 48.3
ダンプ部 Φ85 Long 2 ±8mm 22.0 / 22.0 60.2 21.3
アーク部 8角形 Short 10 ±5mm 15.7 / 18.3 172.7 82.0
• 入射部・診断部の4台と合流部の3台は既存,残りは製作中(年度内納品)
• LCS部のボタン電極×2は来年度予算で製作,インストール