[论文解读] 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 8

一句话总结

本文在费米实验室新建成的超导射频腔测试设施中，首次对325 MHz超导单极子谐振腔（SSR1）进行了高功率脉冲测试。利用2.5 MW速调管和Qext ~ 106的输入耦合器，研究实现了在高射频功率水平下的稳定运行，展示了该腔体在真实条件下的性能，并验证了其在未来的加速器应用中的设计可行性。

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.

研究动机与目标

• 评估费米实验室在全装配状态下325 MHz超导单极子谐振腔（SSR1）的高功率脉冲性能。
• 通过高Qext输入耦合器和脉冲射频功率，评估该腔体在真实运行条件下的行为。
• 验证SSR1的设计与制造，以评估其在未来的超导加速器项目中的潜在应用。
• 测量并分析在高射频功率加载下场致发射和多路径放电效应。
• 将脉冲性能与以往的连续波低功率测试结果进行比较，以评估性能的退化或提升。

提出的方法

• 使用东芝E3740A 2.5 MW速调管作为射频功率源，开展脉冲射频测试。
• 采用高Qext输入耦合器（Qext ~ 106），以匹配腔体的设计参数并实现高功率运行。
• 在费米实验室超导射频腔测试设施（SCTF）中对全装配的SSR1腔体进行测试，包括所有机械和射频组件。
• 在325 MHz下监测脉冲运行期间的射频性能、场致发射和多路径放电效应。
• 采用标准脉冲射频技术，包括峰值功率测量、Q因子估算和场致发射诊断。
• 将脉冲测试结果与以往使用低功率耦合器的裸腔和全装配腔的连续波测试结果进行对比。

实验结果

研究问题

• RQ1 在高Qext输入耦合器条件下，SSR1在高功率脉冲射频激励下的表现如何？
• RQ2 在高功率脉冲运行期间，主要的射频损耗机制（如场致发射、多路径放电）是什么？
• RQ3 在脉冲条件下，装配腔的性能是否与先前连续波低功率测试的预期一致？
• RQ4 在场致发射或多路径放电限制性能之前，可实现的最大射频场强（Eacc）是多少？
• RQ5 与低功率或连续波运行相比，该腔体在高功率脉冲条件下的Q因子如何演变？

主要发现

• SSR1腔体在2.5 MW峰值射频功率下成功实现了高功率脉冲运行，且性能稳定。
• 在脉冲测试期间，该腔体实现了约12.5 MV/m的峰值加速场（Eacc），与设计预期一致。
• 观察到场致发射，但其水平在可接受范围内，未检测到显著的失超或热不稳定性。
• 在测试条件下，多路径放电未表现出主导限制作用。
• 在脉冲条件下的实测Q因子与给定Qext下的预期值一致，证实了良好的射频耦合和低表面损耗。
• 结果证实，包括高Qext耦合器在内的装配腔设计，适用于未来加速器应用中的高功率运行。