[论文解读] 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 8

一句话总结

本文研究了在NLCTA对X波段加速器结构进行射频处理，以优化下一代线性对撞机（NLC）的性能。在将射频功率源升级至可提供NLC水平射频功率后，研究证明，高梯度运行显著提高了场致发射和击穿阈值，实现了在72 MV/m下稳定运行，且多路径效应和表面调理效应极小。

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.

研究动机与目标

• 评估X波段加速器结构在下一代线性对撞机（NLC）高梯度射频运行下的性能。
• 研究射频处理对X波段结构中场致发射、击穿阈值及表面调理的影响。
• 利用升级后的NLCTA设施，验证原型结构在NLC相关功率水平下的可靠性和稳定性。
• 建立一种处理方法，以提升结构性能并降低未来NLC直线加速器运行中的风险。

提出的方法

• 采用专为NLC中72 MV/m运行设计的X波段原型加速结构。
• 将NLCTA射频功率源升级，以实现并持续提供高达100 MW的NLC水平峰值功率，用于长时间处理。
• 通过逐步提高射频功率水平，对结构进行高梯度射频处理，以实现表面调理并减少场致发射。
• 在处理和运行期间监测场致发射电流、击穿率及多路径效应。
• 使用诊断工具在处理前后评估表面状态和射频场质量。
• 进行多次高梯度运行，以模拟长期运行条件并识别性能极限。

实验结果

研究问题

• RQ1 高梯度射频处理如何影响X波段结构中的场致发射和击穿阈值？
• RQ2 实现X波段结构在72 MV/m下稳定运行的最优处理方案是什么？
• RQ3 表面调理和多路径效应对处理期间射频性能的影响程度如何？
• RQ4 NLCTA设施能否可靠地再现NLC水平的射频条件以验证结构性能？
• RQ5 经过长时间射频处理后，X波段结构的关键性能指标是什么？

主要发现

• 经过射频处理后，X波段结构在72 MV/m下实现了稳定运行，场致发射极低，且无明显击穿现象。
• 处理方案使场致发射电流降低了几个数量级，表明表面调理效果显著。
• 在高梯度运行期间未观察到多路径效应或持续的射频损耗，证实了结构完整性。
• 升级后的NLCTA功率系统成功实现了并维持了NLC水平的射频功率，确保了可靠测试。
• 在多次高梯度运行后，场致发射水平保持低且稳定，表明调理过程具有鲁棒性。
• 结果支持采用类似处理技术用于NLC计划中的5000个X波段结构的可行性。