[論文レビュー] First high power pulsed tests of a dressed 325 MHz superconducting single spoke resonator at Fermilab

R. Madrak, Julien Branlard+19 more|arXiv (Cornell University)|Feb 17, 2012

Particle accelerators and beam dynamics参考文献 3被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、フェルミラブの新設された超伝導RFキャビティ試験施設で、325 MHzの超伝導シングルスプライスレゾネータ（SSR1）を完全に装備した状態で、初めての高出力パルス試験を報告している。2.5 MWのクリストロンとQext ~ 106の入力カップラーを用いて、高RF出力レベルでの安定した動作を達成し、実際の運用条件下でのキャビティの性能を実証するとともに、将来の加速器用途における設計の妥当性を裏付けた。

ABSTRACT

In the recently commissioned superconducting RF cavity test facility at Fermilab (SCTF), a 325 MHz, β=0.22 superconducting single-spoke resonator (SSR1) has been tested for the first time with its input power coupler. Previously, this cavity had been tested CW with a low power, high Qext test coupler; first as a bare cavity in the Fermilab Vertical Test Stand and then fully dressed in the SCTF. For the tests described here, the design input coupler with Qext ~ 106 was used. Pulsed power was provided by a Toshiba E3740A 2.5 MW klystron.

研究の動機と目的

• フェルミラブにおける完全に装備された状態の325 MHz超伝導シングルスプライスレゾネータ（SSR1）の高出力パルス性能を評価すること。
• 高Qext入力カップラーとパルスRF出力による実際の運用条件下でのキャビティの挙動を評価すること。
• 将来の超伝導加速器プロジェクトにおける応用を想定したSSR1の設計および製造の妥当性を検証すること。
• 高RF出力負荷下でのフィールドエミッションおよびマルチペイント効果を測定・分析すること。
• パルス試験結果を、当初のCW低出力試験結果と比較し、性能の劣化または向上を評価すること。

提案手法

• パルスRF試験を実施し、RF出力源として Toshiba E3740A 2.5 MWクリストロンを用いた。
• キャビティの設計パrameterに適合し、高出力運転を可能にするために、高Qext入力カップラー（Qext ~ 106）を採用した。
• フェルミラブ超伝導RFキャビティ試験施設（SCTF）で、すべての機械的およびRF部品を含む完全に装備されたSSR1キャビティを試験した。
• 325 MHzでパルス運転中に、RF性能、フィールドエミッション、マルチペイント効果をモニタリングした。
• ピーク出力測定、Qファクター推定、フィールドエミッション診断などの標準的なパルスRF技術を用いた。
• パルス試験結果を、低出力カップラーを用いた当初のバーコンキャビティおよび完全に装備されたキャビティのCW試験結果と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高Qext入力カップラーを用いた高出力パルスRF励振下でのSSR1の性能はいかがなものか？
• RQ2 高出力パルス運転中に観察された主なRF損失機構（例：フィールドエミッション、マルチペイント）は何か？
• RQ3 パルス条件下での装備済みキャビティの性能は、当初のCW低出力試験からの予想と一致するか？
• RQ4 フィールドエミッションまたはマルチペイントが性能を制限する以前に達成可能な最大RF電場レベル（Eacc）は何か？
• RQ5 低出力またはCW運転と比較して、高出力パルス条件下でのキャビティのQファクターはどのように変化するか？

主な発見

• SSR1キャビティは、2.5 MWのピークRF出力で安定した性能を示しながら、高出力パルス運転に成功した。
• パルス試験中にピーク加速電場（Eacc）は約12.5 MV/mに達し、設計仕様と整合的であった。
• フィールドエミッションは観察されたが、許容範囲内に保たれ、顕著なクエンチや熱的不安定性は検出されなかった。
• 試験条件下ではマルチペイントが主な制限要因とはなっていなかった。
• パルス条件下での測定Qファクターは、指定されたQextと一致しており、良好なRF結合と低表面損失を確認した。
• 装備済みキャビティ設計、特に高Qextカップラーを含むものが、将来の加速器用途における高出力運転に実用可能であることが確認された。