f 0 - KEK

KEK-STFにおけるILCに向けたS1-Global計画のクライオモジュール試験の結果
C. Pagani, P. Pierini, A. Bosotti, R. Paparella, INFN (Italy)
K. Jensch, D. Kostin, L. Lilje, A. Matheisen, W.-D. Moeller, M. Schmoekel, P. Schilling, H. Weise, N. Walker, DESY (Germany)
T. Arkan, S. Barbanotti, M. Battistoni, H. Carter, M. Champion, A. Hocker, R. Kephart, J. Kerby, D. Mitchell, Y. Pischalnikov, T.J. Peterson, M. Ross, W. Schappert, B. Smith, FNAL (USA)
C. Adolphsen, C. Nantista, SLAC (USA)
M. Akemoto, S. Fukuda, K. Hara, H. Hayano, N. Higashi, E. Kako, H. Katagiri, Y. Kojima, Y. Kondo, T. Matsumoto, H. Matsushita, S. Michizono, T. Miura, H. Nakai, H. Nakajima, K. Nakanishi, S. Noguchi,
N. Ohuchi, T. Saeki, M. Satoh, T. Shidara, T. Shishido, T. Takenaka, A. Terashima, N. Toge, K.Tsuchiya, K. Watanabe, S. Yamaguchi, A. Yamamoto, Y. Yamamoto(Kirk), K. Yokoya, M. Yoshida, KEK (Japan)
TUPS118
abstract: 2010年から2011年初頭までKEK-STFにてINFN(イタリア), DESY(ドイツ), FNAL, SLAC(共に米国)及びKEKの国際協力の下に、ILC(国際リニアコライダー)計画に用いられる超伝導技術の比較検討のため
にS1-Globalクライオモジュールが建設され、その冷却試験及び高周波ハイパワー試験が行われた。このクライオモジュールにはDESY、FNAL、KEKで性能試験が行われた８台の超伝導空洞（TESLA-typeとTESLA-like
の２種類）が、またローレンツ離調を補正するためにBlade tuner(INFN/FNAL), Saclay tuner(DESY), Slide-jack tuner(KEK)と呼ばれる３種類の周波数調整機構が、そしてハイパワー投入のためにTTF-III(DESY)及び
STF-II(KEK)の２種類の入力結合器が収納されている。ハイパワー試験では主に空洞の性能評価、周波数調整機構の評価とその比較、ローレンツ離調の（ＬＦＤ）補正の成否、全空洞の同時運転、熱損失の評価、等が
行われた。このレポートでは、S1-Globalクライオモジュール試験の結果について詳細に報告する。
Introduction:
S1-Global計画は2008年頃のILC-GDE(Global Design Effort)の議論の中で出てきた計画で、世界の各研究所から超伝導空洞に関係するハードウェアを持ち寄り、それらを組み合わせて一つのク
ライオモジュールとし、ビーム無しの高周波ハイパワー試験を行い、それぞれのハードウェアの比較を行う、ということを目的とした計画である。ここに各研究所とは具体的には、DESY、FNAL、INFN、KEK、SLACの５研究
所を指し、超伝導空洞に関係するハードウェアとは具体的には、超伝導空洞、入力結合器、周波数調整機構、そしてそれらをまとめて入れるクライオスタット、を指す。クライオスタットは、INFNとKEKとで半分ずつを製作
し、それを地下トンネル内で結合させ、一つのクライオモジュールとする、という工程が取られた。INFN側をCryomodule-Cと呼び、KEK側をCryomodule-Aと呼ぶ。
各研究所の役割分担をまとめた表（下）とCryomodule-A及び-Cの比較（右）
DESY
FNAL
INFN
KEK
Cavity type
Power coupler
Coupling
Tuner type
Cavity package
Magnetic shield
Package length
TESLA-typeの超伝導空洞２台、TTF-III入力結合器２台、Saclay-type周波数調整機構２台
TESLA-typeの超伝導空洞２台、TTF-III入力結合器２台、Blade-type周波数調整機構２台
Cryomodule-Cの設計と製作、Blade-type周波数調整機構の組み立て
TESLA-likeの超伝導空洞４台、STF-II入力結合器４台、Slide-jack-type周波数調整機構４台、Cryomodule-Aの改良、ク
ライストロンを含むハイパワー分配システム、ヘリウム冷凍機、ソフトウェアの開発、等
VTOハイパワー分配システム２台、FNALの入力結合器２台のコンディショニング
SLAC
Main components in S1-G cryomodule
Cavity Performance @V.T.
2 cavities from FNAL
Cryomodule-A
TESLA-like
STF-II
Variable
Slide-jack
KEK-a/KEK-b
Inside jacket
1247.6 mm
Cryomodule-C
TESLA-type
TTF-III
Variable
Blade/Saclay
DESY/FNAL
Outside jacket
1247.4 / 1283.4 mm
2 cavities from DESY
TESLA Cavity (DESY/FNAL)
Tesla-like (KEK)
4 cavities from KEK
8 Cavities for S1-Global (ave. 30 MV/m)
Slide-Jack Tuner (KEK)
Blade Tuner (FNAL/INFN)
Saclay Tuner
(DESY)
Comparison
of
Performance
TTF-III Coupler
(DESY/FNAL)
STF-II Coupler (KEK)
Collaboration for Cryomodule Assembly
Installation into tunnel
Collaboration for Cryomodule Tests
Tuner assembly (2010, Feb.)
Cavity processing (2010, Sept.)
Cavity string assembly (2010, Jan.)
Tuner performance tests (2010, July)
KEK Cavity string assembly (2010, Mar.)
Coupler assembly (2010, Mar.)
Adjustment of frequency (f0 )
QL of Variable Input Coupler
Cryomodule - A
Cryomodule - C
1300.000MHz
Cryomodule – C
(TTF-III couplers)
Cryomodule – A
(STF-II couplers)
1300.00MHz
1299.92MHz
C2/ACC011; Tuner did not work.
2.4 X 106
(A4/MHI-09; 1299.91 MHz, limit)
Frequency shift due to Lorentz detuning
C4/Z109 (29MV/m)
Pre-detuning
by motor tuner
& piezo tuner
with DC voltage
Rise Time
Flat Top
A2/MHI-06 (38MV/m)
☺ The both couplers have a good performance for the adjustment of QL.
Pulse-shortening & Data Analysis
100 pulses average
method
Comparison of Detuning Frequency by LFD
Rise Time
Flat Top
Compensation
by piezo tuner in
pulsed operation
FB/on, Piezo/off
Comparison of Achievable Gradient between
Vertical Test and Cryomodule Test ①
QL = 2.4 x 106, Δfbw = 542Hz
f0 = 1299.92 MHz
Dynamic loss meas. (2010, Nov.)
Lorentz detuning tests (2010, Oct.)
50μsec step shortening
200~500 Hz 2~3 kHz
FB/on, Piezo/off
Parameters of Piezo drive pulse
7 Cavities Operation
Result of Piezo Compensation for LFD
ACC#11 detuned
Pre-detuning by motor tuner
AES#4
drive frequency (Hz)
Piezo drive pulse
17:08
Δf
QL
6305 pulses
18:53
Δfpeak-to-peak
drive V
Eacc
D ft
ZANON#109
MHI#5
MHI#6
control panel
dc V
Pinput
ZANON#108
Single pulse of
inverse cosine waveform
–3.9%
MHI#7
delay time
MHI#9
–3.5%
RF Feedback / ON
Summary: S1-Global計画を通じて理解されたことは主に以下の通りである。
①組み立て作業は非常にうまくいった。
②８空洞中６空洞が縦測定とほぼ同レベルの性能を保持した。
③LFD測定でTESLA-like空洞システムの機械的剛性が高いことが分かった。
④PiezoによるLFD compensationはチューナーシステムに依らず成功した。
⑤２空洞に付いているチューナーが動作不良で機能しなかった。
⑥７空洞の同時運転はうまくいったが、途中でやや不安定になる場合があった。
⑦Quench detectorは非常に良く機能した。
MHI#6
Eacc
1.0MV/m
Eacc
1.0MV/m
Eacc
Quench detector worked well!
φ
φ
φ
1.0MV/m

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