Transcript 1 - Linac
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