[論文レビュー] RF Processing of X-band Accelerator Structures at the NLCTA

C. Adolphsen, W. Baumgartner+7 more|ArXiv.org|Aug 20, 2000

Particle accelerators and beam dynamics被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、次世代線形衝突型加速器（NLC）の性能最適化を目的として、NLCTAにおけるXバンド加速器構造のRF処理を調査している。NLC相当のRF出力を供給できるよう電源をアップグレードした後、高勾配運転が顕著に場面発生および破壊閾値を向上させることを実証し、最小限のマルチパクティングおよび表面処理効果で72 MV/mでの安定運転を達成した。

ABSTRACT

During the initial phase of operation, the linacs of the Next Linear Collider (NLC) will contain roughly 5000 X-Band accelerator structures that will accelerate beams of electrons and positrons to 250 GeV. These structures will nominally operate at an unloaded gradient of 72 MV/m. As part of the NLC R&D program, several prototype structures have been built and operated at the Next Linear Collider Test Accelerator (NLCTA) at SLAC. Here, the effect of high gradient operation on the structure performance has been studied. Significant progress was made during the past year after the NLCTA power sources were upgraded to reliably produce the required NLC power levels and beyond. This paper describes the structures, the processing methodology and the observed effects of high gradient operation.

研究の動機と目的

• 次世代線形衝突型加速器（NLC）における高勾配RF運転下でのXバンド加速器構造の性能を評価すること。
• Xバンド構造における場面発生、破壊閾値、表面処理へのRF処理の影響を調査すること。
• アップグレードされたNLCTA施設を用いて、NLC相当の出力レベルでプロトタイプ構造の信頼性および安定性を検証すること。
• 将来のNLC線形加速器における構造性能の向上と運用リスク低減を目的とした処理手法を確立すること。

提案手法

• NLCにおける72 MV/m運転を想定したプロトタイプXバンド加速構造を用いた。
• NLC相当のピーク出力（最大100 MW）を長時間にわたり供給・維持できるよう、NLCTAのRF電源をアップグレードした。
• 表面処理と場面発生の低減を目的として、RF出力を段階的に増加させる高勾配RF処理を実施した。
• 処理および運転中、場面発生電流、破壊頻度、マルチパクティング効果をモニタリングした。
• 処理前後における表面状態およびRF電界品質を評価するための診断ツールを用いた。
• 長期間運転を模擬するための繰り返し高勾配走行を実施し、性能限界を同定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高勾配RF処理はXバンド構造における場面発生および破壊閾値にどのように影響を与えるか？
• RQ2 Xバンド構造において72 MV/mでの安定運転を達成する最適な処理プロトコルは何か？
• RQ3 表面処理およびマルチパクティングは、処理中のRF性能にどの程度影響を及えるか？
• RQ4 NLCTA施設は、構造の検証にあたりNLC相当のRF条件を信頼性高く再現できるか？
• RQ5 延長されたRF処理後のXバンド構造の主要な性能指標は何か？

主な発見

• RF処理後、Xバンド構造は場面発生が最小限で、顕著な破壊が認められない状態で72 MV/mでの安定運転を達成した。
• 処理プロトコルにより場面発生電流が数個のオーダー低下し、表面処理の有効性が示された。
• 高勾配運転中にマルチパクティングや持続的RF損失の兆候は観測されず、構造の整合性が確認された。
• アップグレードされたNLCTA電源システムにより、NLC相当のRF出力を信頼性高く供給・維持でき、テストの信頼性が確保された。
• 複数回の高勾配走行後も場面発生レベルは低く安定しており、効果的な表面処理が実証された。
• 本結果は、NLCに計画される5000個のXバンド構造に同様の処理技術を適用可能であることを支持する。