WG5-Asia Biweekly Meeting 61st on 29 June 2007 • Contamination problem in HPR • Sealing test for HIP bonding K.Saito Contamination Problem by HPR Plunger Pumps K.Saito, F.Furuta and J.Hong • Correlation between Long HPR operation and FE in last one year • Observation of the contamination by HPR operation • How to cure this problem 1) Short HPR operation 2) Replace to reliable HPR pump Document from the last one year １ ２ ３ cavity I9 #0 I9#3 IS-#4 IS-#2 Base line I9#2 Base line IS-#4 IS-#7 IS-#3 IS-#2 Base line IS-#6 IS-#5 USLG EP date 2006/7/6 2006/7/13 2006/7/26 2006/7/28 2006/8/9 2006/8/24 2006/8/28 2006/9/1 2006/9/6 2006/9/7 2006/9/8 2006/9/13 2006/9/20 2006/9/29 2006/9/29 status leak @ 4.2K cold leak quench FE quench quench quench quench quench-FE quench quench quench HPR@ N N N N N N N N N N N N N N N comment human error/cavity/nozzle? human error/cavity/nozzle? TOC ave. Bacteria ave. N N 9 1 6 1 1-0 N 8 6 6 8 0 2 1 1 5 6 5 0 2 1 Pump(OLD 790C) was OK. 単セル空洞では現状技術レベルで、連続４～５回の処理の間に field emission（ＦＥ）が発生することはそれほどない。 ４ ５ ６ ７ ８ ９ Base line USLG I9#1 USLG Base line I9#1 Base line USLG IS-#8 IS-#2 Ch#1 Base line 2006/10/3 2006/10/6 FE 2006/10/11 FE 2006/10/13 FE 2006/10/17 2006/10/26 FE 2006/10/31 2006/11/6 quench 2006/11/9 quench 2006/11/10 quench+slope 2006/11/10 FE, cable trouble 2006/11/14 N N N N N N N N N N N N Base line 2006/11/24 2006/11/28 N I9#1 Ch#1 Ch#2 2006/12/1 2006/12/4 2006/12/5 N N N Base line USLG Ch#3 Ch#1 IS-#6 IS-#2 Base line 2006/12/12 2006/12/12 2006/12/15 2006/12/18 2006/12/19 2006/12/22 2006/12/25 2007/1/10 2007/1/15 FE FE quench quench+FE quench quench+FE quench N N N N N N N conaminated? 5 contamination/nozzle ? 5 1 N 5 N contaminated/nozzle? contaminated/nozzle? 8 5 5 5 0 0 0 0 5 1 5 1 5 5 5 1 1 2 Pump was broken, HPR pressure test 40kg/cm^2 New pump was installed on 11/24 HPR 2hr + 10hr +4hr for STF install HPR 1hr+7hr contaminated? Ethylen-glycol, Silicon grease New filter (replace 12/12, flashing 3hrs) HPR 2hr + 10hr +4hr contamination/nozzle ? contaminated?/nozzle ? HPR 2hr + 10hr +4hr New filter (replace 1/15, flashing 3hrs) １０ １１ １２ IS-#6 Base line IS-#3 IS-#4 IS-#5 IS-#6 IS-#7 Base line IS-#5 IS-#6 IS-#2 I9#0, #3 IS-#3 IS-#4 IS-#7 IS-#2 IS-#4 IS-#6 IS-#2 IS-#4 IS-#7 IS-#3 IS-#5 IS-#8 IS-#2 IS-#3 IS-#6 IS-#7 I9#5 2007/1/17 2007/1/22 2007/1/29 2007/1/30 2007/1/31 2007/2/1 2007/2/9 2007/2/14 2007/2/19 2007/2/20 2007/2/21 2007/2/23 2007/3/1 2007/3/2 2007/3/5 2007/3/6 2007/3/16 2007/3/20 2007/3/23 2007/3/26 2007/3/27 2007/3/28 2007/4/2 2007/4/3 2007/4/5 2007/4/13 2007/4/17 2007/4/19 2007/5/1 2007/5/2 2007/5/8 2007/5/11 quench FE FE FE FE N N N N N N N N N N N N N N N N quench FE FE quench FE quench quench Q-FE FE FE N N N N N N N N N N quench quench FE N N N quench quench FE quench quench FE quench quench 5 2 5 5 5 7 5 2 1 1 0 0 7 5 4 0 0 0 5 6 5 5 0 0 0 0 32 6 0 7 5 5 4 4 5 5 0 0 0 0 0 0 0 5 5 5 0 1 1 HRR 2hrs + 10hr + 4hr human error/nozzle ? HPR 2hr + 10hr ; 4hr contamination/nozzle ? CP+HPR, total 4hrs Contaminated Comtaminated Contaminated Contaminated New filter (replace 3/16, flashing 3hrs) contaminated/nozzle? contaminated/nozzle? contaminated/nozzle? contaminated? contaminated? contaminated? New filter (replace 4/19) comtamination observed, Replaced to old pump HPR 4hrs 長時間連続HPR運転で起こると思われる問題 １） ピストンのＯ－リングの磨耗等が原因でおこる汚染 Field Emissionが発生する！ 汚染が軽い場合、quenchの 後ＦＥになる。 実例: 長時間HPR運転で汚染されたHPR最終フィルター（ＫＥＫ） ２） ＨＰＲノズルの磨耗 長時間運転時の 運転のdamageが 遅れて発生する 可能性あり。 実例: 長時間HPR運転によるノズルの磨耗（ＫＥＫ） HPR Nozzleの問題を忘れてはならない！ 症例と頻度 9-Cell HPR ( > 4hr?)直後のsingle cell cavityの処理で “ＮＯ ＦＥ” ５ 9-Cell HPR ( > 4hr?)直後のsingle cell cavityの処理で “ＦＥ”発生 ６ 9-Cell HPR ( > 4hr?)後、single cell cavityの処理２～４ 回目までＮＯ ＦＥ ０ 9-Cell HPR ( > 4hr?)後、single cell cavityの処理２～４ 回目まに“ＦＥ”発生 “遅れ発症” 直接の汚染なし！ 汚染を起こした！ 汚染なし！ Damageの影響が遅れて発 生！ １１ 例：ノズルの磨耗、 フィルターの目詰り “遅れ発症”を含めれば、9-Cell空洞の長時間HPR使用後に、 Field Emissionが発生する確率は 100% 結論： ＦＥの発生原因として長時間ＨＰＲは黒！（？） S0 studyのためにはＨＰＲの汚染問題の解決が先決。 Observation of the contamination by HPR operation HPR System 超純水 装置 ノズル 高圧ポンプ 10 l/min 最終フィルター 0.22μm ここの汚れ状態を観察する フィルター 空洞側 HPR system @ STF Pump HD 895C UPW Nozzle Pump Pump Gauge Nozzle Final filter PW KÄRCHER HPR Pump STF HPR pump HD 895S 半導体、超純水使用ではない。 Nomura HPR pump (new) HDS 8/14C KEKの初代のダイヤフラムポンプより 相当安い。 単セル空洞の経験で、９－セル空洞でも ゴミの発生問題は最終フィルターで解決 できると思っていた。 Seal, Silicon grease ゴミの発生原因 Plunger Pump STF HPR final filter(0.22μm) check (KÄRCHER HD 895S) By F.Furuta Set final filter after 17 hrs idling operation without filter. Pump on 1hr 1st Disassemble took picture Pump on 1hr 2nd Pump on 1hr 3rd Pump on 1hr 4th Pump on 1hr 5th Disassemble took picture Disassemble took picture Disassemble took picture Disassemble took picture Contaminated Contaminated Pump on 15.5hr Without filter Disassemble Set filter Contaminated Pump on 1hr 6th Contaminated Contaminated Pump on 19.5hr Without filter Disassemble took picture とんでもない 汚染 Pump pressure became unstable at over 6.5MPa Contamination during HPR operation @ Nomura Plating Intermittent operation After 1hr x 5 times Similar as 1hr x3 times Before HPR Use After 1hr operation Almost no contamination Filter housing Before HPR Use After 1hr x 3 operations After 1hr x 5 operations Black “grain” contaminations Black “grain” contaminations appear appear After 1hr x 3 operations Black “grain” Contaminations appear After 1hr x 5 operations Black “fine” contaminations appear Conclusion: Contamination from HPR pump is observed after than 1hr x 3 times operation. Continuous long operation Conclusion: Black fine contamination already starts at a 2 hr continuous operation. After 2hr operation Black fine contamination starts After 5hr operation Black fine contamination ＨＰＲポンプからの汚染観察 結論１：STF用に購入したケルヒャーの高圧ポンプ HD 895Sは１時間の運転でも汚染が観察されるので 使用不適である。製品によるばらつきがあるようだ。 結論２：連続運転は間欠運転よりも汚染を発生し易い。 鹿沼のポンプは２時間以上の連続運転で汚染が 発生する。但し、これはフィルターの給水側なので 空洞の汚染にはもう少し時間がかかる。 ここの汚れ状態を見ている 空洞側 TOC Measurement of STF HPR System 20 60 TOC @ STF HPR inlet TOC @ HPR pump outlet 50 15 40 10 TOC Monitor Cleaning 30 20 ~ 30 ppb 5 ~ 10 ppb 20 5 10 Startup ~ 70min Startup ~ 100 min 0 24:12:53:20 0 24:18:26:40 25:00:00:00 25:05:33:20 Time [ D:H:M:S ] 25:11:06:40 25:16:40:00 23:17:26:40 23:20:13:20 23:23:00:00 24:01:46:40 24:04:33:20 24:07:20:00 Time [ D:H:M:S] 24:10:06:40 24:12:53:20 24:15:40:00 How to cure this problem? 1) Short HPR (~1hr) for 9-cell cavity ? 2) Replace to a reliable pump Single Cell CavityによるShort HPRの試験 9-cell cavity length ~ 1400 mm Single cell cavity ~ 350 mm， 9-cell cell : single cell cavity = 4 : 1 Nozzle size 0.5mm ノズル穴水平２箇所の場合且つ、 one passとする。 Vv 上 下 １５分 Ｖｖ＝350/15=23mm/min 回転速度：(:350/0.5)/15=46.7 2 holesとすると 46.7/2~23rpm 下降速度：23mm/min 回転速度：23rpm Preliminary Result of the Short HPR Study 10 By J.Hong 11 10 11 ISE#2: Theoretical Emax = 40MV/m ISE#3 Theoretical Emax=45MV/m Qo 10 Qo 10 10 10 10 9 10 9 Qo ISE#3 7th: + Deagreasing+HPR(15min)@KEK Qo 6th: +Degresed+HPR 15min @ KEK Qo 5th: Degresed+HPR 15 min @ KEK Qo 4th: Reference, 2007 Jan 23 Qo ISE#3 6th: +Degreasing+HPR(15min)@KEK Qo ISE#3 4th: HPR(1hr) @ KEK Qo ISE#3 2nd: CBP+EP(40)+Degreasing+HPR(1hr) @ Nomura+Bake 10 8 0 10 20 30 Eacc [MV/m] 40 50 10 8 0 10 20 30 Eacc [MV/m] ＥＰ後、degreaseした面については有望！ 40 50 Replace to a reliable pump Plunger Pump Seal, Silicon grease チャッキ弁 Piston Diaphragm Pump チャッキ弁 Oil 膜 Piston オイルの汚染に注意！ Diaphragmの定期更新が重要！ DESYのHPR Pump (LEWA製) Diaphragm Pump Makers メカー 実績 代理店 ６００万円 ４ヶ月 問題なし 金属 ２００万円 ２．５ヶ月 問題なし 半導体メカーへ の納入実績あり テフロン/バイトン １２５万円 １．５ヶ月 （株）サンコー DESY/ JLAB(production cavity) テフロン ３７２万円 ３ヶ月 帝国電気 KEK イワキ ？ LEWA (Germany） 消費税含ます。 据付工事費別。 テフロン 日機装 Hydra-Cell （ＵＳＡ） ダイヤフラム材質 コスト･納期 （株）サンコーのカタログより Hydra-Cell G15X 仕様 10L/min. x 10MPa, Diaphragm Viton-XT を選定したい。 見積１２５万円、納期１．５ヶ月。 オイルを使用！要注意 もし、Diaphramをテフロンを選ぶと 圧が７０ｋｇ/ｃｍ２までしか上がらない。 Viton Diaphragmでは寿命５０００時間 テフロンでは３０００時間 半導体企業から、 Vitonでゴミの問題は報告されていない。 連続運転問題なし。２４時間運転している。 New HIP rings No.1 No.2 No.3 No.4 Nb/Cu/SUS He Base Plate 2K test (案） TIG SUS316L SUS316L EBW HIP bonding Nb Cu Nb
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