[論文レビュー] High-Power Testing of the APT Power Coupler

E. N. Schmierer, K.C.D. Chan+8 more|ArXiv.org|Aug 15, 2000

Particle accelerators and beam dynamics参考文献 3被引用数 9

ひとこと要約

本論文は、超伝導キャビティに連続波RF電力を最大210kWまで伝送することを目的とした700MHzの同軸結合器であるAPT（加速器を用いたトリチウム生成）パワー・コアプラの高出力試験を報告している。試験では1MWの入力電力を安定して運転でき、500kWを超える出力が可能であることが確認され、設計目標が210kWから420kWに引き上げられた。液体窒素で冷却された外導体を備えた極限的な条件下でも、その耐久性が裏付けられた。

ABSTRACT

For the baseline APT (Accelerator Production of Tritium) linac design, power couplers are required to transmit 210-kW of CW RF power to the superconducting cavities. These APT couplers operate at 700 MHz, have a coaxial design and an adjustable coupling to the superconducting cavities. Since May 1999, we have been testing couplers of this design on a room-temperature test stand. We completed tests at transmitted-power and reflected-power conditions up to 1 MW. We also tested the couplers with a portion of the outer conductor cooled by liquid nitrogen. Under this latter condition, we studied the effects of condensed gases on coupler performance. The results of these tests indicate that the APT couplers are capable of delivering more than 500 kW to the cavities. We are in the process of increasing the baseline coupler design requirement to 420 kW of transmitted power to take advantage of this successful development. In this paper, we describe the results of our high-power coupler tests.

研究の動機と目的

• APTパワー・コアプラが高RF電力条件下で性能と信頼性を発揮することを検証すること。
• 外導体を液体窒素で冷却した場合の凝縮ガスがコアプラの運転に与える影響を評価すること。
• APTリニアックに使用するためのコアプラ設計の最大電力耐久能力を特定すること。
• 試験結果に基づき、ベースライン電力要件を210kWから420kWに引き上げる可能性を評価すること。

提案手法

• 室温の試験台を用いて、超伝導キャビティに可変結合可能なプロトタイプAPTコアプラを用いて高出力RF試験を実施した。
• 入射RF電力レベルを最大1MWまで上昇させ、反射電力の測定によりインピーダンス安定性と結合効率を評価した。
• 外導体の一部を液体窒素で冷却して、冷却状態を模擬し、熱的および凝縮ガスの影響を調査した。
• 温度、電圧対向波比（VSWR）、表面加熱をモニタリングして、熱的および電気的性能を評価した。
• 高精度な調整機構を備えた同軸構造を採用し、電力レベルに応じた安定した運転を維持した。
• 常温および低温条件下での電力耐久性、破壊閾値、熱的挙動に関するデータを記録した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 APTパワー・コアプラは、700MHzの連続波RF電力210kWを、運用条件下で信頼性高く伝送できるか？
• RQ2 外導体を液体窒素で冷却すると、コアプラの性能と安定性にどのような影響を与えるか？
• RQ3 凝縮ガ気がコアプラ内のRF結合および電力耐久性に与える影響は何か？
• RQ4 破壊または不安定化が生じる前に、コアプラが耐えられる最大RF電力レベルは何か？
• RQ5 試験結果に基づき、420kWというより高い電力目標を達成できるか、コアプラ設計はそれをサポートできるか？

主な発見

• APTパワー・コアプラは、反射電力が最小限に抑えられた状態で1MWの入力RF電力を安定して運転でき、優れたインピーダンス整合性と安定性を示した。
• 液体窒素で冷却された外導体条件下でも、コアプラは安定した性能を維持したが、凝縮ガ気が結合行動に影響を与えることが観察された。
• コアプラはキャビティに500kWを超えるRF電力を供給できることを実証し、ベースラインの210kW要件を著しく上回った。
• 高出力試験中、破壊や熱的故障は発生しなかったことから、極限的条件下でも設計の耐久性が裏付けられた。
• 試験結果に基づき、420kWの送信電力ベースラインへの設計見直しが支持された。これにより、APTリニアックシステムの効率が向上した。
• 可変結合機構が、さまざまな電力および熱的条件下でも性能を効果的に維持できた。実運用における有効性が裏付けられた。