本文 総合研究大学院大学学術情報リポジトリ 甲1492 本文

学 論文

超伝 空洞

新 い高 ペヴチジンドヴ 開発

許斐 郎

総合研究大学院大学

高゠ヅャウヴ 器 学研究

器 学 攻

23

(2011 )

1

目

第 ₁ 章_. 曓研究 動機 研究目標 ...5

参考文献 ...8

第 ₂ 章_{. ILC} い ...9

2.1. ILC ^器 ...9

2.2. ILC^空洞 ... 13

2.3. Wake^場 ... 16

2.3.1 ^短距 Wake^場 ... 17

2.3.2 ^長距 Wake^場 ... 19

2.3.3 Wake ... 22

2.4. ILC-ADC^{空洞 開発 現状}... 22

2.4.1 ^単CellIchiro^空洞 50MV/m ^実証 ... 23

2.4.2 End Group ^洗浄 ... 25

2.4.3 TESLA^型HOM Coupler ^{製作カケダ} ... 28

2.4.4 CC Coupler ^開発 ... 28

2.4.5 Coaxial Ball Screw Tuner ^開発 ... 30

2.4.6 STF High Power^試験 ... 32

2.4.7 9-Cell^{空洞 開発} ... 33

2.4.8 ^{巨大結晶ッアノ空洞 開発} ... 34

2.4.9 ^{現 確立 いる最 良い表面処理方法}... 35

第 ₃ 章_. 超伝 空洞 最適 _HOM ジンドヴ 案 ... 42

3.1. Beam^{ジ゜ヂプセェ ら} HOM Coupler ^様... 42

3.1.1 Beam^{ジ゜ヂプセェケ ら 要請} ... 42

3.1.2 ^{ケヒヴケ 制約} ... 43

3.1.3 ^熱的制約... 43

3.1.4 HOM^{ジンドヴ 周波数特性} ... 44

3.2. ^{超伝 空洞用}HOM^{ジンドヴ 概観} ... 44

3.2.1 Beampipe^ジンドヴ ... 45

3.2.2 ^{波管型ジンドヴ} ... 46

3.2.3 Grooved Beampipe^{型ジンドヴ} ... 47

3.2.4 トンチドケネ゛ャシヴ型_HOMジンドヴ ... 48

3.2.5 ^{超伝 用}HOM^ジンドヴ ... 52

3.3. Choke Mode HOM^ジンドヴ ... 53

3.3.1 ^{メグ゚ャメ゜ン式}Choke Mode HOM^ジンドヴ ... 54

3.3.2 ^{超伝 空洞用}Choke^型HOM^ジンドヴ ... 55

2

3.3.3 ^軸管式Choke Mode HOM^ジンドヴ ... 56

3.3.4 KEKB ^{超伝 ェメノ空洞} Choke ... 57

3.4. ^{新 い構 超伝 空洞用}HOM ^{ジンドヴ 案} ... 58

3.5. ^第3^章 ... 60

参考文献 ... 61

第 ₄ 章_. Demountable Damped Cavity RF^設計 ... 63

4.1. ^{軸線路形状 決定} ... 63

4.2. ^{空洞 軸管 結合} ... 65

4.3. Choke ^設計 ... 68

4.4. HOM ^{ジンハ能力} ... 71

4.5. DDC ^{ペヴチドメベヴシ える影響} ... 72

4.6. Demountable ^要求 ... 73

4.7. ^第4^章 ... 75

参考文献 ... 75

第 ₅ 章_. Multipacting ^{クプポヤヴクミン} ... 77

5.1. Multipacting ... 77

5.2. CST-Studio ^よるMultipacting^{クプポヤヴクミン}... 79

5.3. 2 ^{電子放出率}(SEY) ^決定 ... 80

5.4. MP^発生 MP ^{強 求 方} ... 82

5.5. ^{クプポヤヴクミン 検証} ... 85

5.6. ^単Cell DDC^空洞 MP... 86

5.7. ^第5^章 ... 89

参考文献 ... 89

第 ₆ 章_{. RF} 体部 設計 ... 90

6.1. ^{体 特性} ... 90

6.2. 誘電率ン透磁率測定方法 ... 90

6.3. 誘電率ン透磁率測定装置 ... 92

6.4. Ferrite CMD10 ^{複素比誘電率ン透磁率} ... 94

6.4.1 Ferrite CMD10 ^{複素比誘電率 測定} ... 94

6.4.2 Ferrie RF ^{ベィッゲヘ} ... 96

6.4.3 Ferrite CMD10 ^{複素比透磁率 測定} ... 96

6.5. RF ^{体形状設計} ... 100

6.6. ^第6^章 ... 105

参考文献 ... 105

第 ₇ 章_{. DDC} 熱構 設計 ... 106

7.1. ^{体部 構} ... 106

3

7.1.1 ^{体支持部 構} ... 107

7.1.2 ^{体 冷 ドケ 確保 使用曩料} ... 108

7.1.3 77 K ^ら2 K ^{空洞 表面 輻 熱 評価} ... 110

7.2. Choke^{部 構} ... 111

7.3. ^{体部 構} ... 112

7.4. ^{準定常状態 熱構 クプポヤヴクミン} ... 112

7.5. Dynamic loss ^{ある 温} ... 114

7.6. ^第7^章 ... 115

参考文献 ... 115

第 ₈ 章_. 単_{Cell DDC}空洞 製作 ... 117

8.1. DDC^{実証試験 空洞 製作}... 117

8.1.1 ^ッアノ曩... 119

8.1.2 ^デヴネCell ^{ハヤケ 型} ... 120

8.1.3 ^デヴネCell ^ダモヘ ... 122

8.1.4 Beampipe ^製作 ... 123

8.1.5 Beampipe^ネメング ... 124

8.1.6 He Vessel Baseplate Baseplate Flange ... 124

8.1.7 ^単Cell ^{空洞 電子}Beam^溶接... 124

8.2. Choke ^製作 ... 125

8.2.1 ^{削り出 巨大結晶ッアノ}Choke ^製作 ... 125

8.2.2 ^{多結晶ッアノハヤケ}Choke ^製作 ... 127

8.2.3 ^{ッアノケドセシ}Choke ^製作 ... 132

8.3. ^{体 製作} ... 136

8.3.1 ^{多結晶ッアノ ュヴャ よる製作} ... 136

8.3.2 ^{ッアノ薄膜銅 よる製作} ... 136

8.4. ^第8^章 ... 137

参考文献 ... 137

第 ₉ 章_. 単_{Cell DDC}空洞 表面処理 ... 139

9.1. ^化学研磨 ... 139

9.1.1 ^{化学研磨 特性} ... 139

9.1.2 DDC ^{トャェ化学研磨} ... 141

9.1.3 ^{水素病 真空熱処理} ... 143

9.1.4 ^化学研磨 ... 145

9.2 ^表面洗浄 ... 145

9.1.5 ^{超純水 純水} ... 146

9.1.6 ^{純水高 洗浄 る}2 ... 147

4

9.1.7 ^{゠゚ヴ乾燥} ... 148

9.1.8 Airflow^組立... 148

9.1.9 ^{゜ングゞヘクヴャ} ... 149

9.1.10 ^真空排気... 150

9.2. ^第9^章 ... 151

参考文献 ... 151

第 ₁₀ 章_. 高電界試験方法 ... 154

10.1. Cryostat ... 154

10.2. ^ドャケ法 ... 156

10.3. ^{表面抵 計測} ... 158

10.4. ^{電界 計測} ... 159

10.5. Phase-Locked Loop (PLL) ... 159

10.6. Cable Correction ... 161

参考文献 ... 164

第 ₁₁ 章. SingleCell ^{よる極 温} DDC^実証試験 ... 165

11.1. ^空洞 Choke^{空洞 周波数ブセスンエ試験} ... 165

11.1.1 ^{常温 空洞スポヴッンエ} ... 165

11.1.2 2K ^{周波数ブセスンエ} ... 169

11.2. Super-Joint ^検証 ... 170

11.3. Multipacting Field Emission ^検証 ... 175

11.4. ^体 HOM ^損失 ... 177

11.5. ^第11^章 ... 183

参考文献 ... 183

第 ₁₂ 章. 9-Cell DDC ^設計 ... 185

12.1. HOM ^{ドメベヴシ 計算方法} ... 185

12.1.1 R/Q ... 185

12.1.2 Loss Factor... 187

12.1.3 HOM Q^値 ... 187

12.2. 9-Cell DDC TYPE1 ... 188

12.3. 9-Cell DDC Type2 ... 196

12.4. DDC^型Super structure ... 197

参考文献 ... 199

第 ₁₃ 章_. ... 201

謝辞 ……….. 203

5

第 ₁ 章 . 曓研究 動機 研究目標

超 伝 空 洞 世 代 高 ゠ ヅ ャ ウ ヴ 物 理 学 実 験 機 ILC ( International Linear Collider: ^{国際モッ゚カメ゜ジヴ} ) ^{中 技術 用いられる}[1.1] ILC ^特徴 Beam

1 ^空洞を 1 ^{通過 い線形 器を使用 る ある} ILC ^器

中心゠ヅャウヴ_500GeV ャプテクゾ゛ヴ₂×₁₀³⁴ _cm^-2_s^-1を得る _{, Beam}衝突点

゠ヅャウヴ広 り_{0.1 %,} トンス長 _{300 m, Beam}キ゜ゲ_{639 nm}×_{5.7 nm} 要求 れ

いる ジンヌンエモンエ ら出 _Beam ゠ヅャウヴ広 り ゠プセシンケを保

る 空洞 必要 ある 中心゠ヅャウヴ_{500 GeV}を得る

超伝 空洞 約₁₆₀₀₀ 必要 ある ₁ 長 _1268mm 空洞

約_20km 長 る _ILC 全長 約_31km あり 大半を占 る 空洞 高電

界化 カンドェダ化を る _ILC建設カケダ 大幅 削減 る

ILC ^{用超伝 空洞} 9 ^{空洞 ら構 れ 定 波型 空洞 ある}

中 _1.3GHz ペヴチ_(TM010ペヴチ₎を励起 _Beamを る 一方 空 洞 空洞共振器 ある ペヴチ以外 HOM(Higher Order Mode:^{高 ペヴチ})

れる多数 共振ペヴチ 存 る れら _{HOM Beam} 空洞を通過 る 発

生 る_Wake場₍航跡場₎ よ 励起 れる 超伝 空洞 _RF損失 い 何

れ _HOM ペヴチ よう 長時間残留 る 後 トンス 作用

Beam ゠プセシンケン゠ヅャウヴ広 りを 化 る _HOMを積極的 減

衰 る_HOMジンドヴ ある

HOM ^{ジンドヴ ペヴチ} HOM ^{を選 ペヴチを空洞 閉 込 ら}

HOM ^{を減衰 る機能 必要 ある 既存 超伝 空洞用}HOM^ジンドヴ

2 ^{選 方法 用いられ いる} 1 ^目 Beampipe ^{付 矩形 波管や}Beampipe 自体 _Cutoff周波数を ペヴチ 周波数以 設定 る方法 ある ペヴチ周波数 矩形 波管や_{Beampipe Cutoff}周波数より い 伝搬 空洞 閉 込 られ HOM ^周波数 Cutoff^{周波数より高い 伝搬 終端 設置 れ} RF ^{体 熱} 変換 れジンハ れる 方法を_ILC 適用 る場合 タベモセダ _ILC空洞 ペ ヴチ周波数 _{1.3 GHz} ある _HOM 最 ペヴチ_TE111 周波数 _{1.6 GHz}

近 十 矩形 波管や _Beampipe を絞る い 出 ペ

ヴチを十 減衰 る 矩形 波管や _Beampipe を長 伸 必要 ある れ _He Vessel ^{を大 る や}Beam^軸方向 Space Factor^{を失う る 更 ペ}

ヴチ 出 大 り 電界 る ₂ 目 方法 ャヴパンゾヂ _HOM

ペヴチを 軸伝 線路 引 出 後 ケシノ等 トンチドケネ゛ャシヴ ペ

ヴチを る方法 ある トンチドケネ゛ャシヴを通り抜 _{HOM RF} 空洞外

部 引 出 れ空洞外部 熱 変換 れ 捨 られる 方法 ベモセダ ペヴチ

6

トンチ幅や形状を自 設計 る ある _ILC よう Space Factor^{を 要視}

る 器 カンドェダ 形状 ある 要 ある _TESLA 方法 基 カ

ンドェダ _TESLA型HOM Coupler ^れるHOM^{ジンドヴ 開発 れ} [1.2] ILC TESLA ^型 HOM Coupler ^を Baseline ^用 TESAL ^型 HOM Coupler ^{点 ある} 1 Beam^軸 HOM Coupler ^{非 称配置 れ} いる ある _Dipoleペヴチ等_Beam軸 偏りを持 _HOMペヴチ _Coupler 付近 電磁場 弱い 十 ジンハ い_{[1.3] TESLA}型HOM Coupler ^複雑 形状 ある 超伝 空洞 高電界化 清浄表面を生 る 必須 ある _Coupler 部 洗浄 困 ある HOM Coupler^{を り付} Single Cell ^{空洞 高電界} 試験 _{40 MV/m}付近 高電界 _{Q Slope}を起 到 電界 _42.6±_{3.7 MV/m} 制限 れ いる_[1.4]

々 _TESLA 型 HOM Coupler ^{問題を解決 る} 1.1 ^示 Demountable Damped Cavity (DDC) ^{付 新 い}HOM^{ジンドヴを 案 る} DDC RF^構

い 説明 る ペヴチ _HOMを 軸管 強 結合 軸管 り込

Choke ^{空洞 ペヴチを 一方} HOM ^{軸管終端 ある}RF ^体

伝搬 _Ferrite 熱 変換 捨 られる ら明ら よう _{DDC Beam}軸

称性を満足 いる _Choke 部をネメング構 組 立 能 る 洗

浄 容 易 構 い る 組 立 構 あ る ら 新 型 _HOM ジ ン ド ヴ を Demountable Damped Cavity ^付 He Vessel Baseplate^をChoke^{空洞 一部}

使用 る _ILC 要求 るSpace Factore^{を満 いる}

1.1 Demountable Damped Cavity ^模式

曓研究 _Ichiro単_Cell空洞 _DDCを適用 _DDC 原理実証を行う を目的

原理実証試験 実証 る 目 主 以 ₆ 目 ある

7 [1] ^{クプポヤヴクミン よる゚゜タ゚ 検証}

超伝 空洞 _High-Q ある 周り 振動やLorentz Detuning ^{よる周波数} 調問題 ある _9-Cell空洞 Lorentz Detuning ^電界40 MV/m ^約1

kHz ^ある Choke ^{トンチ幅を れ以 大 れる クプポヤヴクミン 実}

証 る

[2] ^{空洞 Choke 周波数ブセスンエ 実証}

超伝 空洞 空洞冷 時 空洞 _Choke 周波数 調問題 懸念 れる

温 スポヴッンエを行 後 _2K 冷 周波数 ブセスンエ 維持 れる

を実証 る 冷 よる周波数 調問題あれ _{Choke Tuner}等を付

る必要 あり 製作カケダ 増 や運転 煩雑 を招 [3] Demountable ^{よる洗浄容易性 実証}

Demountable^{部 磁場強 空洞 最大表面磁場} 1/6 ^{ある 磁場 強い} Demountable ^{部 超伝 特性を持 れ ら い 超伝 特性を持 ク} ヴャ方法 Super-Joint ^{れ いる}

[5] Multipacting (MP), Field Emission (FE) ^{深刻 い 実証}

DDC^部 Multipacting ^{深刻 う クポプポヤヴクミン あら 調 る必} 要 ある _Chokeや 体 を空洞 持 込ん Field Emission ^や Multipacting ^{起 い を検証 る}

[6] ^高いHOM^{減衰効率 実証}

ILC ^{目標 る}HOM Q^値 1^×10^{5以 ある} DDC ^れより十 い₁₀³ を目標 設計を行う

以 各 目を原理実証 る

曓論文 第₂章 超伝 空洞 特徴 _Beam 空洞 関 現 々 行

いる_{ILC ACD}空洞回り 開発 現場を述 る 第₃章 既存 空洞 用いられ

いる様々 _HOMジンドヴ形状を述 _DDC ゚゜タ゚ い る 第₄章

単_{Cell DDC}空洞 _RF設計 詳細を説明 る 第₅章 _Choke部 _MP 深刻 い をクプポヤヴクミン 検証 結果を説明 る 第₆章 _DDC 必要 _77K

Ferrite RF ^{特性 評価 必要 複素透磁率 誘電率を測定 結果 測定値を}

基 設計 _RF 体 構 を説明 る 第₇章 体 発熱を逃 熱伝

ドケ 設計 体 端を熱伝 冷 _2K 冷 る 熱構 設計 い 説明

る 熱構 い 曓研究 実証実験を行 い い 第₈章 単_{Cell DDC}

空洞 製作 い 述 る 第₉章 単_{Cell DDC} 空洞 表面処理 い 述 る 第

8

10^{章 単}Cell DDC^{空洞 評価 用い 高電界試験法 い 説明 る 第}11^{章 単} Cell DDC ^{空洞を用い 行 原理実証試験 結果 い 説明 る 第} 12 ^章 DDC を_9-Cell空洞 適用 場合 クプポヤヴクミン結果を示 第₁₃章 _DDC 関 る

を行う

参考文献

[1.1] ILC Colaboration. ILC reference design report. ILC Global Design Effort and World Wide Study 2007.

[1.2] Deutsches Elektronen-Synchrotron. TESLA Techincal Design Report. Dierk Heigener GmbH, Hamburg, January 2000.

[1.3] L. Xiao, C. Adolphsen, V. Akcelik, A. Kabel, K. Ko, L. Lee, Z. Li, C. Ng. “Modeling Imperfection Effects on Dipole Modes in TESLA Cavity”. Proceedings of PAC07, Albuquerque, New Mexico, USA, pp 2454-2456.

[1.4] F. Furuta, K. Saito, T. Konomi. “High Field Q-Slope Problem in End Group Cavities”. Proceedings of IPAC’10, Kyoto, Japan, pp.3347-3349.

9

第 ₂ 章 _{. ILC} い

将来 高゠ヅャウヴ物理学 器 International Linear Collider (ILC) 計画 れ いる _ILC 電子 陽電子を 心゠ヅャウヴ_{500 GeV} 衝突 標準模型 予想 れる_Higgsや超 称性理論 ら予測 れる超 称性粒子 索を目標 いる

ILC Beam ^{一 空洞を一 通過 い線形 器を用いる れ 形}

器 軌 半 比例 ゠ヅャウヴ ₄ 乗 比例 ゠ヅャウヴ 損失 い

500 GeV ^{中心゠ヅャウヴを得る 実 能 ある 超伝 空洞}

゠ヅャウヴ蓄積効率を表 _Q値_{Qo 10}¹⁰ 高 _ILC 様 大規模 器 運転カケ ダを削減 る _ILC 入 器 主線形 空洞(Main Linac) ^{用 れ いる}

曓章 _ILC 用いる超伝 空洞 _Beam 関 い 説明 る

2.1. ILC ^器

ILC ^{れ れ}250GeV ^{電子 陽電子を衝突 心系} 500 GeV ^{衝突゠ヅャ}

ウヴを る 器 中 技術 超伝 空洞 ある _ILC 目的 標準模型

い 質 起源 考えられ いる _Higgs 粒子を 索 精密 測定 る ある 現 Large Hadron Collider (LHC) ^{索 行われ いる 日曓時間}2011 12^暻13^日 22 ^時 CERN ^{行われ 発表 素粒子標準理論} Higgs^{粒子 存 る れ}

質 _ATLAS実験 _116GeV ら_{130GeV CMS}実験 ₁₁₅ ら_127GeV 領

域 非常 興味深い示唆 ある れ _{2.1 ATLAS CMS} 確認 れ 信

95^{％以 確} Higgs ^{存 る区間を示} [2.2][2.3] 2012 ^{発見 ッ} ポヴケ 期 れ いる _LHC 陽子_(3.5TeV) 陽子_(3.5TeV) デチュンカメ゜ジヴ あ

る 陽子 ェアヴェ ₃ 個 ら いる構 粒子 ある 非常 多 ゜パンダを生

る れ デチュンブクン 豊 いえる 逆 テ゜グヴ 実験 いえる

ATLAS CMS ^{選 や い゜パンダ ら}Higgs^{を いる 最 測定 や い} H^→_^{崩壊 よるクエヂャ あ} 2.2 ^{示 よう} Higgs ^{クエヂャ トセェエメゞ}

ンチ 埋 れ いる る _

一方 _{ILC Beam} 使う電子ン陽電子 部構 を持 い _Lepton ある _Higgs

゜パンダ ェモヴン 観測 る _2.3 クプポヤヴクミン 予測 れる_⁺_^-より再構築 Higgs^{クエヂャ ある} LHC ^{タヴシ 比 格段} S/N^{比 良い る} LHC Higgs ^{質 を測定 後} ILC ^{ェモヴン 実験を行い}Higgs ^{詳細 性質を暴}

LHC ILC ^{相補的 ブクン ある} LHC ^様 ILC ^{標準模型を越え}

る超 称性理論等 自然界 構 ペタャを検証 る 課題 一 ある

10

2.1 ATLAS ^{CMS 検出 れ} 95% Confidence Level (CL) 95%CL 1^{を 回る} 95% ^確 Higgs ^{存 い区間 ある 参考文献}[2.2][2.3]^よ り転載

11

2.2 ATLAS ^{検出 れ H→}^{過程 クエヂャ 130GeV Higgs ある} 仮定 場合 _Higgsクエヂャ 赤 示 れ いる 参考文献_[2.2][2.3]より転載

2.3 ^{クプポヤ ヴクミン 求 られ ILC 測 定 れる}⁺^{-より再構築} Higgs ^{クエヂャ 灰色部} Z ^{ピ 崩壊 よるトセェエメゞンチ 象 青色} Higgs^{質 を}120,140,160,180,200GeV ^変化 Higgs^{クエヂャ 参} 考文献_[2.4]より転載

12

ILC ^{構 を} 2.4 ^示 ILC ^主 Beam ^{キ゜ゲを絞る} Damping Ring Beam^{を る}Main Linac ^{ら る 衝突点}(IP) ^{素粒子 発生} R ^素粒子 応 面積_ 電子ン陽電子 衝突確率₍ャプテクゾ゛ヴ₎ より よう 表 れる

^{( 2-1 )}

 ^{目的 る 応 決 り 一般的 心゠ヅャウヴ 2乗 比例 る}

応を多 起 ャプテクゾ゛ヴを高 れ ら い _ILC 目標 るャプテ

クゾ゛ヴ_L トンスあ り 粒子数_{Ne (}電子_{) = Np (}陽電子_{) =2}×₁₀¹⁰ 単 時間当 り トンス衝突回数_{f =1.3}×₁₀⁴ 衝突点 る水 よ 垂直方向 _Beamキ゜ゲ _{x = 639} nm _y = 5.7 nm^{を用い よう 計算 れる}

( 2-2 )

式 よる 粒子数を増や ャプテクゾ゛ヴを向 る る 実際

トンス当 り 電荷 大 い 衝突点 相手 _Beam 作る数ゥュゾケメ 磁場を感 発 散 う _{ILC Beam}をブャストンス化 衝突回数_fを_1.3×₁₀⁴ 高

いる る 高いャプテクゾ゛ヴを得る方法を 用 いる

2.4 ILC ^模式 http://www.linearcollider.org/^より転載

表 2.1 ILC Main Linac ^{Beamドメベヴシ ILC RDRより転載}

13

表 _2.1 ILC Main Linac^{入 時} Beam^{ドメベヴシ 出 要求 れる}Beam^ドメベ ヴシを示 _{Beam Main Linac}通過後 直 _Beam衝突点 衝突 る 従 _ILC Main Linac Beam^{ドメベヴシ 衝突点 ャプテクゾ゛ヴ 大 影響 る} Beam

゠ヅャウヴ広 りを_0.14%(電子_{) 0.10%(}陽電子₎以 ゠プセシンケを_{9.4 m(}水 ₎ 24 nm(^垂直)^{以 抑え} 250GeV ^{る 要求 れる} Beam^構 2.5

よう いる

2.5 ILC ^{Beam構 1 5 ドャケ あり 1 ドャケ 2625} トンス 含 れる ₁ トンス ₂×₁₀¹⁰個 電子 含 れる

2.2. ILC ^空洞

ILC ^{空洞 背景を述 る} 2004 ^夏 ITRP ^{将来 モッ゚カメ゜ジヴ 技術選択} 超伝 技術をパヴケ る超伝 モッ゚カメ゜ジヴを_ICFA 推奨 _ICFA れを 入れ モッ゚カメ゜ジヴ 称をInternational Linear Collider: ILC ^付 2004 11 ^{暻 当時} KEK ^{機構長 あ 戸塚機構長 モヴジヴクセハ 第一回} ILC workshop^をKEK ^{開催 中 齋藤等 超伝 空洞 製作基礎技術 完}

り や超伝 空洞 限界 _RF磁場 よるfandamental ^{制限 ある 考え} 立 _ILC 超伝 空洞形状 ₂₀₀₃ 来J.Sekutowicz^{等 よ} Jlab ERL^計 画 向 開発 れ _{Low loss}型超伝 空洞形状_(LL空洞₎を 用 _50MV/mを展望

る高電界超伝 空洞 開発を 案 _{[2.5] 2005} 米国ンカュメチ州 ケテヴブケ 開 れ 第₂回ILC workshop TESLA^型空洞をBaseline ^{る を決定 齋藤}

案 _ILC Altanative Cavity Design (ACD) ^入れられ [2.6] ^会議 Baseline^{空洞 様を}35 MV/m @Qo= 0.8^×10^{10 入れ} ILC ^{運転 電界を}31.5

14

MV/m @Qo=1^×10^{10 決 一方} ACD^{空洞 方} 40 MV/m@ Qo= 0.8^×10¹⁰ 入れ _ILC 運転 電界を36 MV/m@ Qo=1^×10^{10 決} KEK TESLA^空洞を 踏襲 TESLA like Baseline^{空洞 開発 行 齋藤等を中心 る}LL^{空洞 開発} スヴヘ_(WG5)を立 後 スヴヘ _{2008 KEK Baseline}空洞開発

念 る 言を出 _WG5 解散 る 空洞ン_TunerンRF high power Coupler ^空洞

カンフヴヅンダ い 非常 精力的 開発を進 後 数人 エ

ャヴハ ある 空洞 活発 研究開発 いる

ILC Baseline DESY TESLA^型9-Cell^{超伝 空洞 設計ドメベヴシを} 2.6 ^表 2.2 ^示 2.7 ILD ACD^空洞(Ichiro^空洞) ^様を示 TESLA

空洞 後 説明 る_HOM 策 空洞両端 ₁ HOM Coupler ^れる

り付 られ いる 特徴 ある _9-Cell 空洞 両端 り付 _HOM

Coupler Input Coupler, Pickup antenna^をEnd Group ^{ん いる}

2.6 TESLA^{型9-Cell超伝 空洞 TESLA TDRより転載}

15

表 2.2 TESL^{型空洞 RFドメベヴシ TESLA TDRより転載}

2.7 ILC-ACD^{空洞(Ichiro空洞}) ^{参考文献[2.7]より転載}

16

表 2.3 ILC-ACD^{空洞(Ichiro空洞) RFドメベヴシ}

2.3. Wake ^場

Wake^場 Beam ゠プセシンケや゠ヅャウヴ広 りを増大 る _Beam 常 自 周り 電磁場を作り ら走 いる _Beampipe よう _Beam 軸 沿 一形状 中を走る場合 _{Beam Beam}軸 置 ある_Beampipe壁面 鏡像電荷を

空洞 よう 起伏 大 い構 物を走る 鏡像電荷 軌 を曲 られクンェュ ダュン放 を起 _{( 2.8)} クンェュダュン放 _Wake場 れ 後 _Beam

影響を _ILC よう ブャストンス _Beam 場合 考慮 ら い 主

2 ^{効果 ある} 1 Wake ^{場を引 起 トンス}Beam^{自身 影響を る} 短距 _Wake場 ₂ 目 ドャケ 頭トンス 起 _Wake場を後 トンス る長距 _Wake場 ある _TESLA-TDR よ _ILC-RDR 基 い _TESLA型 空洞 い _ILCドメベヴシ_{Beam Wake}場 関 い 述 る

2.8 Wake^{場 発生ペタャ}

17

2.3.1 ^短距 Wake ^場

短距 _Wake場 _Beam軸方向 える影響 い 考える 置_s あるトンス 電荷_q(s)を持 荷電粒子 失う゠ヅャウヴを考える ゠ヅャウヴュケ トンス 全電荷を

Q ^る

^{( 2-3 )} 表 れる _Wake場_{Wz (s) Wake}関数_wz(s)を用い

^{( 2-4 )}

えられる _wz(s) 特性を説明 る _TESLA型_9-Cell超伝 空洞 _ILCドメ ベヴシ _Beam(電荷 _{3.2 nC,} トンス幅_{0.3 mm )} よ 生 る_wz(s) い 述 る れ _9-Cell 空洞 接 部 るパュヴゲを含 _Cryomoduleを無限 合わ 場 合 _1m当 り _wz(s) あり 式 表 れる

^{( 2-5 )}

2.9 ^{関数を表 頭部 後} Beam ^{影響を い トンス中央部よりや}

や後方_Beam る_Wake 最 大 る る よう 短距 _Wake

場 _Beam軸方向 える影響 トンス ゠ヅャウヴ ら を引 起 ある

Wake ^{よ 影響を いトンス 頭} Wake ^{ュケ 最 大 る}Wake ^ヌヴ

ェ 置 ゠ヅャウヴを比較 る _Wake ヌヴェ _{Wz =}－_{24 V/pC/m} ある _ILC 空洞を全長_{10 km} トンス 全電荷を_{3.2 nC} る _Wake よ 失う゠ヅャウ ヴ

^{( 2-6 )}

ある _{Beam 250 GeV} れる _Wake よる゠ヅャウヴ広 り

^{( 2-7 )}

計算 れる _RF-Phase を ₅^o ら 頭トンスより後方トンスを強

Wake^{ュケ よる ら を抑えるよう 設計 いる う る} ILC ^衝

突点 ゠ヅャウヴ広 りを_0.1％以 抑える る

一方 短距 _Wake場 横方向 影響 トンス幅_{0.3 mm} 場合 よう 計算 れ いる_[2.8]

^{( 2-8 )} 横方向 トンス 終端 最 強い _Wake を る る 参考文献_[2.9]

Wake^{関数を用い パヴシダュン振動 いる}Beam ^{ダメセゥンエを行い} Main Linac 出 ゠プセシンケ 評価を行 いる _{Main Linac Beam}入 置 _Beam キ゜ゲ ₁クエブ れ い 場合 ゠プセシンケ _{1 %}増大 る_{( 2.10)} 空

洞 _Beam 軸 メンジヘ プケ゚メ゜ベンダ れ い 場合 い 計算 れ 結

18

果を示 プケ゚メ゜ベンダ _Beam軸を中心 イゞケ い クエブ _0.5mm

仮定 る _2.11 示 よう 場合 ゠プセシンケ _{7 %}増大 る 以 結

果 ら 入 置 れや設置誤差を考え 短距 _Wake 場 ゠プセシンケを大

化 い る

2.9 TESLA^{型空洞 Wake関数 参考文献[2.8]より転載 Beam形状 Beam}

軸方向 電荷 概観を表 いる _z軸 _Beam長 規格化 れ い

る _{HEP ILC Beam}ドメベヴシ₍電荷 _{3.2 nC,}トンチ幅 _{0.3 mm)} あり FEL Beam^{ドメベヴシ 電荷} 1 nC, ^トンス幅 0.05 mm ^{ある トンス幅} 短 電荷 密 大 い_{FEL ILC}より強い_Wake場 起 る る

2.10 Main Linac ^{Beam入 置 Beamキ゜ゲ 1クエブ れ い} 場合 ゠プセシンケ 増大 参考文献_[2.9]より転載

19

2.11 ^{空洞 Beam軸 メンジヘ プケ゚メ゜ベンダ れ い}

場合 ゠プセシンケ 増大 プケ゚メ゜ベンダ イゞケ を い ₁ ク

エブ _0.5mm る 参考文献_[2.9]より転載

2.3.2 ^長距 Wake ^場

ILC 2625^{個 トンスを一} RF^{ドャケ 込ん ブャストンス}Beam

トンス間 長距 _Wake 場を考慮 れ ら い トンス間 ゠ヅャウヴ れや

゠プセシンケ 広 りを_2.3.1 述 トンス れら以 抑える 必要 ある

種_Beam 引 起 _Wake 周波数的 連 発生 る う 長時間空洞

滞 る 空洞 共振周波数 ブセス ペヴチ ある れら ペヴチ

ペヴチ 周波数より高い周波数を持 Higher Order Mode (HOM) ^{れ いる}

行 るトンス _HOMを誘起 トンス _HOM 電磁場 相互作

用 る 後 トンス 化 る 空洞 _HOMを急 減衰 る

HOM^{ジンドヴ り付 られ いる} TESLA^空洞 9-Cell^{空洞 両端} HOM Coupler り付 られ いる _HOM 減衰時定数 空洞自身 _Q値 ₁×₁₀¹⁰ 高い れ よる減衰 無視 HOM Coupler ^{性能 よ 決定 れる 長距} Wake^場

空洞 _RF特性 決 る _RF特性を基 クプポヤヴクミン る る 空洞 励

起 れる_HOM 特 ゜ンヌヴジンケ 高い_Dipoleペヴチ 問題 る _TESLA-TDR より _TESLA空洞 生 る゜ンヌヴジンケ 高い_Dipole ペヴチを表 _2.4 示

1 ^{トンス 通過 直後 励起 れ いる}n^番目 HOM ^電 Vq Loss Factor kn ^{トンス電荷}q^を用い

( 2-9 )

表 れる Loss Factor

( 2-10 )

えられる _{n HOM} 角周波数 ある ドワヴ _HOM 時定数_Td 減衰

20 い ら 頭トンス 通過 後_(t 後₎ 電

( 2-11 )

ある 時定数_Td

_{( 2-12 )}

えられる

表 2.4 TESLA^{型空洞 暼害 HOM 一覧 TESLA TDRより転載}

* ^{ゾヴノャ 示 れ い い} TM110-like ^{ドケトンチペヴチ} 1/9, 2/9, 3_/9^ペヴチ QHOM=2^×10^5～1^×10^{6 問題 あるペヴチ 存 る}

250 GeV ^{れる間 空洞 約}8000 ^{ある 空洞 製作誤差 よる}

れ れ 空洞_HOM 周波数_n 設計周波数 一 周り イゞケ

いる _をイゞケ 幅 る _周波数 れる 相 い より _Beam 感 る_ 強 個々 空洞 異 りゥホンコヤヴクミン 起 る 各空洞 ゥホンコ ヤヴクミン よる_Wake 減衰

*

21

^{( 2-13 )}

表 れる 式_(2-11) 合わ る _Wake 減衰 よう 書 る

^{( 2-14 )}

空洞周波数 ら _=0.1%×_n 場合 ₁ トンス 誘起 _HOM 減衰 る 様子 _2.12 計算 れ いる れ 空洞を₃₆ 並 ₁ 当 り 均 _Wake

を計算 ある れより トンス 到着 る時間_369ns 十 _Wake

減衰 れ 約_10V/pC/m² る る _{2.13 2.12}を基 ゠プセシンケ 増

をクプポヤヴクミン 結果 ある クプポヤヴクミン 空洞 プケ゚メ゜ベン

ダ イゞケ い 幅 _を_0.5mm いる クプポヤヴクミン 結果よ

り゠プセシンケ 増大 _3.7% る よう _Beamキ゜ゲ ₅₀倍 れ あ

1 ^{トンス ゠プセシンケ 増大 い る 結果 現状 設計 空洞}

出 ゠プセシンケ 横方向 _9.6m, 縦方向 _36nm 以 抑えられる 逆 言い方を れ

゠プセシンケ 増大を 程 抑制 る 表_2.4 え _{QHOM < 1}×₁₀⁵

れ らい

2.12 1 ^{トンス 発生 る縦方向Wake 減衰 様子 TESLA TDRよ}

り転載 ₃₆ 空洞 均を いる

22

2.13 ^{ブャストンス ゠プセシンケ増大 様子 TESLA TDRより転載}

2.3.3 Wake

空洞 短距 _Wake 長距 _Wake よる゠プセシンケ増大を_10%程 抑える

必要 条件を る

゠プセシンケ 増大 Beam Beam^{軸 ら れ 入 れ 場合 空洞 メン}

ジヘ プケ゚メ゜ベンダ れ いる場合 る る _Beam 入 置 _Beam 軸

ら れ _Beamキ゜ゲ ₁クエブ程 場合 _Wake よる゠プセシンケ 増大 無

視 る い 空洞 プケ゚メ゜ベンダや 空洞 わ Banana-Effect

よる_Beam中心軸 空洞中心 れ幅 _=0.5mm あ 短距 _Wake よる゠ プセシンケ 増大 _7% 長距 _Wake よる゠プセシンケ 増大 _3.7% 抑えられる

短距 Wake ^{場 空洞形状 依存 る れ以 抑制 る い 一方}

長距 _Wake場 _HOMジンドヴ 性能 依存 いる _HOM ジンドヴ _HOM減

衰率を向 れ 長距 _Wake 場 よる影響を抑制 る 長距 _Wake 計算

QHOM^を TESLA ^型 HOM Coupler ^持 QHOM ( ^均値 10⁵) ^{空洞周波数 イゞケ}

=0.1^{％ 広 りを仮定 いる QHOMをTESLA型}HOM Coupler ^比 1~2^{桁 抑}

える れ ゠プセシンケ 増大 抑制 容易 りャプテクゾ゛ヴ 増大 期

る

2.4. ILC-ADC ^{空洞 開発 現状}

れ ₃ 間 齋藤 率いる_ILC高電界空洞開発エャヴハ 属 研究 参

23

エャヴハ 開発 到 点 い

2.4.1 ^単 CellIchiro ^空洞 50MV/m ^実証

高電界発生 ^{空洞形状 RF ドメベヴシ 比較を 2.14 示 WG5 ILC}

空洞 _LL形状を 変更 空洞壁 _{Beampipe 90}^O 角を持 形状を

KEK ^{両 角 齋 藤 設 計 空 洞 形 状} Hp/Eacc ^比 LL ^{形 状} 3.61 mT/(MV/m)^{より わ} 3.56mT/(MV/m) ^ッアノ RF^{臨界磁場を}180 mT れ 最大 電界_51MV/m 展望 る 米国 大モヴエ 活躍 る゜スュヴ選手 背番 号 ん _Ichiro空洞 当時 高電界 _TESLA形状(Hp/Eacc=4.3) ^単Cell

空洞 _40MV/m れ い _50MV/m 皆無 あ _WG5

空洞形状 _50MV/m 原理実証を最優 当時 電解研磨 高電界 優 性 明白

あ 空洞性能 留 り 問題 あ _Jlab J.Mammosser ^{開発 電解}

研磨 後 脱脂洗浄を る方法_[2.11]を 用 る 高電界 再現性 大 改善 2007 ^{複数 単}Cell^空洞 50MV/m^{を原理実証} [2.12][2.13] ^結果を 2.15

示 _Ichiro形状 _Cornell大学 案 る_Reentrant型 両方 _52MV/mを

いる_{[2.14] 2.16} 示 よう _Hp/Eacc 形状 変える よ _40MV/m

ら_50MV/m ノヤヴェケャヴ 起 る

2.14 ^{高 電 界 空 洞 形 状 比 較 参 考 文 献[2.10]よ り 転 載 TTF} TESAL ^{用 れ いる形状} LL JLAB DESY ^{開発 れ}JLAB ^用 れ いる形状 RE(Reentrant) Cornell^{大学 用 れ いる形状}

24

2.15 ^{高電界形状空洞 よろ50MV/m 原理実証 参考文献[2.14]より} 転載

2.16 ^{高電界空洞形状 よ 40MV/m ら50MV/m ノヤヴェケャヴ} 参考文献_[2.14]より転載

25

表面処理 開発 力を入れ 47 ± 2 MV/m^を100% ^{信 る表面処} 理ヤクヌを 開発 _{2.17 10} 単_Cell空洞を用い 高電界試験を行 結果を 示 高電界試験 用い 単_Cell空洞 形状 Ichiro 9-Cell^{空洞 中央}7 Cell^空洞形状 Regular Cell 9-Cell^{両端 空洞形状} End Cell ^ある

2.17 10 ^{Ichiro 単Cell空洞 高電界試験結果 参考文献[2.15]} より転載

2.4.2 End Group ^洗浄

HOM Coupler を持 ^い Ichoro ^単 Cell ^空洞 2.18 ^{示 よう} 9-Cell Center Cell^{形状 電界}Eacc=46.7^±1.9 MV/m ^れ End Cell^{形状 電} 界_Eacc=51.2±_{1.4 MV/m} れ いる_[2.15] れ 空洞単体 あれ 臨界磁

場 よる理論限界 到 る を示 いる

単_Cell 空洞 HOM Coupler^やInput Coupler^等 End Groupe ^れる 部 を り付 空洞を新 製作 高電界試験を行 いる _2.19 HOM Coupler

クモンジヴ を り付 場合 完全 HOM Coupler ^{を り付 空洞 い} 高電界試験結果を示 HOM Coupler^{クモンジヴ 場合} Eacc= 46.6^±1.0 MV/m 完全 HOM Coupler Eacc= 42.6^±3.7 MV/m ^ある[2.15] ^{れら 試験 高電界}

Q-Slope ^れるX^{線を発生 い} Q^{値 減 起 到 電界 制限 れ いる} る

26

2.18 Ichiro^{単Cell空洞 高電界試験結果}

2.19 End Group ^{暼無 よる到 電界 比較}

27

Q-Slope ^発生原因 HOM Coupler^{構 複雑 よる洗浄 足 よるカンシ} プ 発熱 考えられ _2.20(a) 示 組 立 式 ゚ェモャペタャ空洞を製作 表面洗浄効果 確認を行 洗浄効果 確認実験 _2.20(b) 示 よう ゚ェ モャペタャ空洞 面全体 潤滑曩 あるペモノタンヒヴケ_(MOLYKOTE)を塗 純水高

洗浄_(HPR) 超音波洗浄を行 _2.20(c) 純水高 洗浄後 HOM Coupler 部 写真 ある ゚ンゾヂ 影を り 高 洗浄 _{water jet} 当 ら 清浄化出来

い部 残る る ゚ンゾヂ側面 洗浄 い る _2.20(d)

純水高 洗浄 後 更 超音波洗浄を追 結果 写真 ある 超音波洗浄を追

゚ンゾヂ 付 汚 物 残り洗浄 い る 実験 ら 複

雑 形状や洗浄 い構 を持 HOM Coupler ^{カンシプ り 空洞}

到 電界を制限 る原因 る 理解 れ

2.20 ^{゚ェモャペタャ空洞 よる洗浄効果 確認実験 参考文献[2.16]より転} 載

28

現 _ILC 活発 _ILC空洞 開発 行われ いる HOM Coupler ^{中を歯ノメク}

よるノメセクンエ洗浄を行わ い 性能 定 い わ いる_[2.15] 曓研究

新 開発 る _HOM ジンドヴ 構 をクンハャ 清浄 容易化を る必要 あ

る

2.4.3 TESLA ^型 HOM Coupler ^{製作カケダ}

ILC ^{16000 9-Cell 空洞を製作 る 空洞 製作 ILC 建設カケ}

ダ 大部 を占 る 空洞 カケダジゞン 課題 ある 空洞 各ド

ヴゼを製作 後 溶接 完 る ッアノ 酸化性 強い金属 ある 真空ス

ホントヴ 電子_Beam溶接を用いる _{2.21 TESLA}型空洞 ドヴゼを示 ドヴ ゼ数 多 全 を電子_Beam溶接 る 電子_Beamカケダ 空洞製作カケダ 約半 を占 る _{End Group} れるHOM Coupler ^{ドヴゼ数 空洞 ドヴゼ数}

程 あり HOM Coupler ^電子Beam^{溶接カケダ 電子}Beam ^{カケダ 半 を}

占 る る 曓研究 HOM Coupler^{構 をクンハャ 製作カケダ 削減}

を る

2.21 TESLA^{型9-Cell超伝 空洞ドヴゼ 参考文献[2.17]より転載}

2.4.4 CC Coupler ^開発

単 Cell 空洞 開発 ^行 Ichiro 9-Cell^{空洞 開発を進} Ichiro^{高電界空洞} Lorentz detuning ILC^{パヴケメ゜ン} 600Hz^程 Ichiro 1kHz^{程 大}

パヴケメ゜ン _Tuner 十 補償 る 電力入力 _Coupler

29

パヴケメ゜ン 350kW(@35MV/m) Ichiro^空洞 500kW(@45MV/m)^{必要 る} ら パヴケメ゜ン 物 _Ichiro空洞 様を満足 新 開発 る必要 生

う 空洞カンフヴヅンダ _{High power}試験 実証 る必要 ある

2.22 Capacitive Coupling Coaxial Input Coupler ^{構 参考文献[2.18]} より転載

High power 入力 Coupler ^{KEK 朊 曓 浩 S.Kazakov 両 氏 よ Co-axial} C-Coupling ^{型 物} CC couple) ^{案 開発 れ} [2.18] ^{構 を} 2.22 ^示

前 示 通り cold window ^{所 容 結合 るシ゜ハ れ 使われ}

い 新 ゚゜タ゚ 基 い いる 構 空洞 外を゚゜サヤヴダ る

り 空洞 横組立 _Coupler を り付 る時 ガプ 発生を極力抑えられる

空洞 組立 信 増 構 組立型 り high power test^等

壊れ 場合 破損部品 交換 能 ある 従来 _Coupler 溶接一体構

30

いる _Coupler 一部 破損 れ _Coupler全体を交換 ら い CC Coupler ^{製作 技術的 高級 部 コメプセェ ベシメゲ 接合 う}

い部 られ 高級 部品 高級 会社 発注 る 製作カケダ削減 期

れる よう _{CC Coupler} 空洞性能 破損交換 容易 産 生産を十 考慮

設計 いる

Coupler ^常温high power^試験をSTF ^行 [2.19] 1.5MW(1.5ms, 5pps))

全 問題 ら _3pps 繰り返 問題を残 いる 最大_2MW ドワヴ

を通 る を確認 結果を _2.23 示 _{ILC 500kW} 様 ある Coupler ^最大 4 ^{空洞 ドワヴを供給 る 能性 あり 将来 空洞を繋い} Superstructure ^{応用 期 れる}

2.23 CC-Coupler 常温デ゜ドワヴ試験結果 _{1.5MW 1.5ms-5pps} 繰

り返 _3pps 制限 れ _2MWを通 参考文献_[2.19]より転

載

2.4.5 Coaxial Ball Screw Tuner ^開発

Tuner KEK ^{作コンシヴ 東保男 器 肥後 泰 素 研 山岡広氏 よ} Coaxial Ball Screw Tuner ^{開発 れ} [2.20] ^{構 を} 2.24 ^{示 パュヴゲ 接}

割 れ _{He Vessel}シンェ 方 逆ヅグを り ヅグを クモンジヴ

31

をペヴシ 回 空洞 _{He Vessel}端朋を 空洞を伸縮 空洞長を変え 空

洞 周波数を変える 構 軸 称 空洞 周方向全体 一様 力を える

る 空洞 偏 発生 い _Tuner 自体 剛性 大 い

Cryomodule ^{組立 空洞 扱い 容易 ある} Tuner ^{脇 ヌ゠ザ り付 ら} れ いる _77K 真空 熱槽領域 り付 ヌ゠ザ素子 空洞 ドャケ変形を え _High power RF ^{入 空洞周波数 る}(Loretz detuning) ^{を補償 る るよう}

いる Ichiro 9-Cell^空洞 40 MV/m ^時 1 kHz Loretz detunig ^予想

れ いる ゾケダパンス試験 _{2 kHz} 補償範 ある 示 れ

2.24 Coaxial Ball Screw Tuner ^{駆動ベィッゲヘ}

2.25 LL^空洞用Coaxial Ball Screw Tuner ^参考文献[2.20]^より転載

32

2.4.6 STF High Power ^試験

空洞 Input Coupler Tuner ^要素 high power^{試験 様 実証 れ れ} らい ₂₀₀₈ 曒 ら_{2009 1}暻初 れら 性能 実証試験 _STF行われ [2.21] ^{残念 ら 段階} 40MV/m^{を る}Ichiro 9-Cell^{空洞 存}

2.26 ^{曓 試 験 使用} 縦 性能 試験 結果を 示 ネ゛ ヴ ャ゠ プセ クミ ン よ り 19MV/m ^{制限 れ いる}

10⁸ 10⁹ 10¹⁰ 10¹¹

0 5 10 15 20 25

Qo

Eacc [MV/m]

Eacc=19.08MV/m Qo=3.64e9 X-ray started

from 9MV/m.

Field Emission

2.26 ^{回 大電力試験 使} Ichiro 9-Cell^{空洞 縦性能試験結果 参考文} 献_[2.21]より転載

空洞 CC-Coupler, Ball Screw Tuner ^{れらを組込 試験を行} STF Phase 0.5 High power^{試験 空洞 電界} 20 MV/m Field Emission ^制 限 れ Input Coupler ^実験 200kW ^{十 あり 全 状態} 350 kW ドワヴを通 問題 い を確認 _{Tuner 18 MV/m} Lorentz detuning を補 定 運転 る を確認 _{( 2.28)} Input Coupler ^通

ドワヴ _250kW ある れら要素開発 性能確認 _40MV/m発生

る空洞を り ある

33

2.27 ^{ヌ゠ザ よる空洞 相カンダュヴャ 参考文献[2.21]より転載}

2.28 High Power ^{試験 18MV/m ヌ゠ザ運転 よる 定運転点 実} 証 参考文献_[2.21]より転載

2.4.7 9-Cell ^{空洞 開発}

Ichiro 9-Cell 空洞 ^{2005 ら製作 入り 2005} Input port ^やHOM Coupler 付 い所謂bare cavity Ichiro#1) Field Emission 29.5MV/m^を

後 空洞 開発 使 いる実験棟 ＡＲ東第 ₂ 実験棟 設置 純水

メ゜ン ゠゚ヴカンハヤセキヴ ら ア゜ャ汚 より 曪ベセゥ 電解研

磨 使用 いる高 純水フンハ ヌケダン磨耗 よる汚 発生等 あり 開発 ₁

間遅れ れら 問題を抱え ら _STF high power test ^{使う空洞を処}

34

理 るをえ

2007 ^{高電界実証試験 新 製作} bare cavity (Ichiro#6) ^曪ベセゥ

電解研磨処理 後 米国 _Jlab 試験 _Jlab 電解研磨処理 最終的

36.5MV/m^{を 後 れを}KEK ^{り返 性能試験 ろ}33.7MV/m

を _KEK 試験 電界制限理 Field Emission ^あ

2009 ^{Input portや}HOM Coupler ^付い full 9-Cell cavity (Ichiro#7)^{を 曪ベセ}

ゥ 電解研磨 _Jlab 試験 _Jlab 入れ試験 _Jlab 超純水高 洗

浄 _25MV/m あ 後_Jlab 電解研磨を₂回 り返

2.29 ^{示 よう} 40MV/m @ Qo=8^×10⁹ ILC ACD ^{様性能を る}

[2.22] ^空洞 Jlab ^{ら 電解研磨処理} 45MV/m^{を 引}

試験を予定 いる

10⁸ 10⁹ 10¹⁰ 10¹¹

0 10 20 30 40 50

Qo ^Rad

0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000 10⁴

Qo

Eacc[MV/m]

R ad [ m R ad]

Eacc=40.0MV/m

Qo=8.0e9

2.29 Jlab ^試験 Ichiro full 9 cell^{空洞 結果} ILC ACD^性能を いる

2.4.8 ^{巨大結晶ッアノ空洞 開発}

2008 ^{クモカンゞ゠デヴ ケメ゜ケ技術を応用} 巨大結晶ッアノ゜ンガセダを 時

大 ケメ゜ケ る技術 開発 _[2.23] 方法を 用 れ 従来鍛 ･ 延

ュヴャ ヶ暻間 ₁₅₀枚 いるッアノ曩製作時間をわ ₃日程 短縮 る

35

ILC ^一日 500^{枚規模 ッアノ曩生産 必要 ある 現状 製作技術 ピダャヅセ}

ェ る 心配 れ 方法 問題を解決 る

゜ンガセダケメ゜ケ 製作 れ ッアノ曩 ら作 ^{単Cell 空洞 カケダ高 電解} 研磨を割 化学研磨 代えられる 能性 ある 々 単 _Cell 空洞試験 _2.30 示 よう 化学研磨 _42.6MV/mを いる 現 曩料 ら_9-Cell空洞を製作

空洞性能を調査中 ある 現状 _{2 9-Cell}空洞 ₍₁ bare cavity, う₁ full 9-Cell cavity) Field Emission^無 Quench 27MV/m ^{制限 れ い} る _DESY 様 試験を行い _ILC パヴケメ゜ン空洞 化学研磨 27.0 ±2.0MV/m

制限 れ 後 電解研磨を_60m程 施 ろ_45MV/m 報告

ある_[2.24]

10⁸ 10⁹ 10¹⁰ 10¹¹

0 10 20 30 40 50 60

Qo

Eacc [MV/m] Eacc=42.6MV/m Qo=8.04e9 @2K

X-ray @ Eacc,max (42 MV/m) LG-ISE#6 1st Meas.

limited by Q-slope No-MP

2008/07/14 Mon.

CBP(80)+CP(10)+AN+CP(160) +HPR(15min.)+Baking(48hrs)

2.30 ^{巨大結晶ッアノ 縦測定結果 巨大結晶ッアノ 化学研磨 組 合わ} 処理 単_Cell空洞 縦測定結果

2.4.9 ^{現 確立 いる最 良い表面処理方法}

電子 Beam 溶接後 超伝 空洞 表面処理 高電界を ^{る 要 ある}

電子 _Beam 溶接 よ 完 空洞 表面処理方法 い 機械研磨 ら表面洗浄

現 確立 いる方法を 説明 る

遠心トヤャ研磨

36

電子_Beam溶接後 よ 完 超伝 空洞 面 製作時 傷や溶接 等を持

超伝 空洞 溶接 _Quench等 観測 れ り 溶接 を確実

去 る方法 必須 ある 遠心トヤャ研磨_(CBP) れらを機械的 高 去 る方法 開発 れ _{CBP 2.31} 示 よう 方向 異 る₂ 回転運動を組 合わ

ベタ゛゚ 空洞 表面 摩擦を大 る より高 研磨 いる 遠心トヤ

ャ研磨 溶接 等 目視確認 る 行う 研磨 赤 部 _200m程

る 砥粒を 去 る _CPを_10m程 行う _{2.32 CBP}前後

表面状態 変化を示 電子 _Beam 溶接後 写真 あり 溶接ニヴチ 見える

CBP^{後 ニヴチ 目視確認 い 滑ら る}

2.31 ^{遠心トヤャ研磨 概念 参考文献[2.25]より転載}

37 2.32 CBP^{前後 空洞表面状態} 電解研磨_80m

機械研磨 後 横型連 電解研磨法 空洞 表面を 80m^{研磨 る 電解研磨法}

研磨 る金属を陽極 適当 金属を陰極 研磨金属 種類 適 電解研磨液

中 電 を 電気化学 応 より研磨 る方法 ある ッアノ 場合 電解研磨液

濃 酸 ネセ化水素酸を れ れ容 比_10:1 混酸を使用 る 陰極 ゚ャプ

を使用 る 電解研磨 原理を _2.33 示 研磨 ッアノ酸化物 生 溶解

繰り返 より進行 る 式 応式 ある れより 酸 応 関

EP^{液 性を持 役割を負 いる る}

^{( 2-15 )}

2.33 ^{ッアノ 電解研磨 原理}

真空゚ッヴャ

ッアノ曩 _CBPや化学研磨 電解研磨 最中 水素を 蔵 る 蔵水素 _100K付

38

近 温 領域 長時間₍₁₀ 以 ₎ ら れる 相転移を起 ッアノ 結合 る

ッアノ水素化物 質 悪い超伝 体 ある _Q 値 著 化 る 現象を

水素病 ぶ 水素を脱イケ る ₁₀^-6 _Torr 到 真空 を持 真空炉 750 ^oC 3 ^{時間 ゚ッヴャを行う 空洞 ッアノより酸化性 強いスシンピセ}

ェケ 入れる 残留イケをスシンオセシヴ作用 よりスシン 着 残留イケ ッ

アノ曩 侵入を防 ある

20 +3m ^電解研磨

真空゚ッヴャ 後 表面 汚 去 電解研磨を _20m 行う 電解

研磨液 液 環クケゾヘ 繰り返 _EP 使用 れ いる _EP 出発生 る 黄や

酸化膜 汚 を含 化ッアノ_(NbxSy) 形 拡散 空洞性能 ら を発生

る 最後 新液 り替え り替え液 環 い _3m研磨 る

れを_{Flash EP} ぶ

超音波洗浄

電解研磨後 表面を清浄 る 脱脂曩 純水 超音波洗浄を行う

End Group Brushing

TESLA^型HOM Coupler ^{説明 よう 洗浄 構 ある サネ}

ダ 歯ノメクを使い超音波洗浄 汚 を 去 あろう _{End Group} 洗浄

を集中 行う Steam Cleaning

Steam Clening ^純水を100 _C ^{熱 蒸気を使用 る 蒸気} Blushing

届 い場所 侵入 る る う _{End Group}を洗浄 る る

HPR

最後 純水を高 噴 る 空洞表面 ガプを 落 う 清浄

表面 生 れる

120^℃ _Baking

空洞を組 立 真空排気 後 空洞を_{120 C × 48}時間 _Bakingを行う 処理

目的 空洞 表面 ある酸素を拡散 る ある 空洞表面 酸素 電界 高

る 従い_Q値 減 る_Q-Slopeを発生 る 超伝 電流 深 _{40 nm} 流れ い _Baking より酸素を れより 深 拡散 る _Q-Slope を防

る

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れら 処理を Single Ichiro Cell ^{空洞 適用 実験 到 電界性能 ら} ACD ^{シヴオセダ ある}45±2.3 MV/m ^{目標をェモ゚} 46.8±1.9MV/m^{を い} る

2.34 Ichiro Single Cell CBP+CP+EP(80m)+Aneal+EP(20m)+Flash EP+Degreasing+Brushing+Stem Cleaning+HPR+Baking ^{よるシ゜ダャヴハ試} 験結果

参 考 文 献

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