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高電界パルス運転での真空放電現象の特性
肥後寿泰、阿部哲郎、荒木田是夫、設楽哲夫, 高富俊和、東保男、松本修二
KEK
100MV/m級の高加速勾配を目指す基礎技術研究を継続している
25㎝級CLICプロトタイプ進行波型加速管に対する高電界試験にて実施する
試験加速管は 基礎デザイン（CERN) → 製作・試験（SLAC＆KEK)
KEKによるセルの製作、SLACによる化学研磨、水素ロウ付け、真空ベーキング
 2台ペアで製作し、一台はKEK（Nextef）で、一台はSLAC（NLCTA）で試験
ΔTを抑える設計にすると、放電頻度が減る、プロセシングにかかる時間、又は放電回数が減る
ダンピング構造を付加すると、ΔTは上がり、放電頻度は二桁ほど上昇する
SLAC/KEK typical fab/test flow
Design for
CLIC (CERN)
CLIC 標準要求放電レートは適当な時間のプロセシングを経れば、現在の製作方法で達成可能
CLIC標準のランピング波形（CLIC パルス）でもBDRが減りはしても、問題は無し
Fabrication of
parts (KEK)
今後、放電のトリガーの由来を追求すべきである。
単セル空洞を用いた基礎試験を計画始めた
放電のシミュレーション技術が向上している
ミクロな表面近傍の現象が関連してトリガーを発生しているらしい
結晶流界、疲労、転移の移動、エレクトロマイグレーション、・・・・
これらが如何に放電発生源としての表面への出現しトリガーするか？
今後、材料、製作方法、試験運転方法を変えながら、
プロセシング時間、放電レート、表面観察などを通して研究進める
CP
(SLAC)
4台のプロトタイプ加速管の設計、プロセシング、高電界特性の比較
2009

TD18
Ea
100
76
53.0
P

50
T
8.1
0
0
2
4
6
8
10
iris number
12
14
37.4
12.5
16
18
Iris number
3.2
150
120
Es
100
Ea
79
57.5
50
P
29.1
0
放電頻度比較
0
2
4
6
T=47C
8
10
iris number
12
TD24
176
14
16
47.0
34.3
3.2
Sc
3.0
150
Ea
100
108
90
50
P
41.1
0
23.4
T
7.5
0
4
8
12
iris number
プロセシング速度
プロセシング速度
2011~12
Es193
200
8.4
16
20
3.3
Sc
2.9
Pload
= 44.4 MW, P load
= 20.6 MW
in
out
150
Eff = 0.0 %
tr = 0.0 ns, tf = 0.0 ns, tp = 100.0 ns
100
94
50
44.4
0
102
T
24.6
0
必要な放電回数は、ダンピング有りが
多い、＆ 24セルパラメータでは少な
い。ΔTが低く設計されているためか？
Ea
P
24
18
100MV/mに到達するまでの放電回数
T18  TD18  T24  TD24
1000  >3000  250  1500
183
a
Sc
155
Es
205
s
126
4.4
Bonding
(SLAC)
250
200
a
148
2.7
150
200
VAC bake
(SLAC)
TD24_Disk_#4
Pload
= 41.1 MW, P load
= 23.4 MW
in
out
Eff = 0.0 %
tr = 0.0 ns, tf = 0.0 ns, tp = 100.0 ns
s
Sc
226
TD18 unloaded
100MV/m
Eff = 0.0 %
tr = 0.0 ns, tf = 0.0 ns, tp = 100.0 ns
2
 T [K] (blue), S c*50 [MW/mm ] (magenta)
200
Es
Pload
= 57.5 MW, P load
= 34.3 MW
in
out
P [MW] (black), E (green), E (red) [MV/m],
232
4.4
Pload
= 53.0 MW, P load
= 37.4 MW
in
out
Eff = 0.0 %
tr = 0.0 ns, tf = 0.0 ns, tp = 100.0 ns

2011
High power
test (NextefKEK)
damped
T24_Disk_#3
250
 T [K] (blue), S c*50 [MW/mm ] (magenta)
250
T24
250
P (MW), Es (MV/m), Ea (MV/m),
P [MW] (black), E (green), E (red) [MV/m],
s
a
(MW/mm2)
T(C), Sc*50
2
T18 unloaded
100MV/m

TD18_Disk_#2
c
P (MW), Es (MV/m), Ea (MV/m),
P [MW] (black), E (green), E (red) [MV/m],
s
a
(MW/mm2)
T(C),
Sc*50
T [K] (blue), S *50 [MW/mm 2] (magenta)
T18_Disk_#2
2010
undamped
2
 T [K] (blue), S c*50 [MW/mm ] (magenta)
T18
damped
P [MW] (black), E (green), E (red) [MV/m],
undamped
High power
test (NLCTASLAC)
5
Iris number
10
15
iris number
21.7
20.6
T<25C
20
25
・加速電界Eacc30~50の鋭い依存性がある
・プロセシングと共に、放電頻度は減少する
・Eaccに対する依存性はプロセシングと
共に勾配は急になる
・CLICパルスでの放電頻度は増えることは
無いか、むしろ減るようである
????hrs
2200hrs
1600hrs
CLIC pulse
2000hrs
Current
at 10 microA
暗電流（FE)比較
F(CLIC)
T18_#2 Dark Current evolution
081128-081224-090224-090414-090515
Rs
100
90MV/m
FC-Mid [microA] (081128)
85MV/m
FC-Mid [microA] (081224)
0.1
FC-Mid
microA
(253ns, 090225)
FC-Mid
microA
(253ns, 090414)
FC-Mid
microA
090515
Tr
70MV/m
1
FC-Mid
microA
10
80MV/m?
0.01
50
60
70 80 90 100
200
Eacc [MV/m]
その他の評価の試み
放電セル分布と移動
暗電流とパルス幅
運転パラメータスイッチング
今後の試験へ
パルス波高
RFパルス波形の
変化より同定し
た放電セル分布
全域に分布
パルス幅に比例→パルス内で増殖しない。
パルス波高
パルス幅
放電→次の放電
時の放電セルの
移動：上流に移
る傾向がある
スイッチングモード
（パルス幅＆波高）での
放電イベントでの入力レベル
パルス幅
10秒毎にパラメータスイッチング実施
以前の波高のみスイッチングした時の例からは、放電頻
度は各パルスのパラメータで決まっているように見える。
つまり、先行するパルスの影響を受けていない。
以前のスイッチン
グモードでの計測
例：TD18にて測定、
パルス波高のみス
イッチング → 通
常のBDR計測値
（赤線）とスイッチン
グモードでの計測
（赤丸）は合う。
High field only at
center cell