Cバンドテストスタンドでの RFエージング現状について

SuperKEKB miniWorkshop
2003.11.28
Injector Linac Upgrade
for SuperKEKB
1. Upgrade Scheme
2. C-band R & D status
3. Schedule & Cost estimation
Kamitani Takuya
1
2
入射ライナック：現在のレイアウト
Energy gain = 160 MeV/unit with 21 MV/m gradient
現レイアウトは 8-GeV e-/3.5-GeV e+入射に最適化されている
e- to HER : 8 GeV ~ (Primary e- : 4 GeV) + (e+ to LER : 3.5 GeV)
同じ加速ユニットで e+ 或いは e- を加速するために
e-/e+ 入射切り替えに時間がかかる（30 ~ 90 秒）
ビームラインへの陽電子生成ターゲットの挿入、抜去,
電磁石、加速クライストロン位相などの設定変更
3
Requirements for SuperKEKB
(1)
Beam Energy (e-)
(e+)
KEKB
8.0 GeV
3.5 GeV
SuperKEKB
----->
3.5 GeV
(8.0 GeV)
----->
8.0 GeV !! (3.5 GeV)
NEED Energy upgrade for e+ ! unswitched
-> C-band accelerator units case
(2)
Stored current (e-)
(e+)
KEKB design
SuperKEKB
1.1 A
----->
9.4 A !!
(4.1 A)
2.6 A
----->
4.1 A !!
(9.4 A)
NEED Intensity upgrade for e-/e+ !
-> flux concentrator, more bunch charge, 2-bunch operation
(3) Mode-switching -> Continunous & Simultaneous e+/e- Injection
-> optimization of layout, 2-bunch operation
4
SuperKEKB のための改造案
Energy gain: S-band: 1.28 GeV/sector -> C-band: 2.56 GeV/sector
C-バンド化により加速電界が現在の２倍の 42 MV/m になると
ライナック後半のみで 8 GeV 加速可能⇒ e+ beam 8 GeV に
陽電子生成部手前でe-用とe+用のビームラインが分岐して独立に
なるのでパルス毎の切り替え、或いは同時入射が可能
RFパルス圧縮のエネルギーゲイン 2-bunch では不足する？
5
Energy-switchしない場合の対処
Energy gain: S-band: 1.28 GeV/sector -> C-band: 2.56 GeV/sector
e+ は 3.5 GeV で取り出し、e- は残りのC-バンドユニットで 8.0
GeV まで加速する
この場合でも、e-用とe+用のビームラインが分岐して独立になるの
でパルス毎の切り替え、或いは同時入射が可能
e+ ビームの電荷量不十分？ L-band化？ DRのアクセプタンス？
6
C-band加速ユニット開発方針
• 加速ユニットは現在の S-band unit を
（Modulator,KLY x 1→SLED x 1→2m長ACCL x 4）
それぞれ２つの C-band sub-unit で置き換える（全48 sub-units）
（Modulator,KLY x 1→SLED x 1→2m長ACCL x 2）x 2
• クライストロンは、JLC-Cバンドグループの開発したものが利用で
きる（max 50 MW→通常運転は40 MW）
• モジュレータはインバーター電源を使ってコンパクト化する（クライス
トロンギャラリーで１台分のスペースに２台置く必要から）
• 励振系は従来と同じサブブースター方式（既製品を改造）
• 加速管は従来型のものと同じ設計思想で開発する
• RFパルス圧縮はSLED型TE015空胴ではQ値が足りないので、
LIPS型TE038空胴を想定して開発する
• RF窓は Kazakovタイプの新型を開発する
• ダミーロード、3-dBハイブリッドも仕様に合わせて開発する
7
加速ユニットの改造
加速ユニットは現在の S-band unit をそれぞれ
２つの C-band sub-unit で置き換える
8
クライストロン
Toshiba E3746
5712 MHz
max 50 MW
2.5 msec pulse duration
50 pps repetition
Developped
by T. Shintake et al
9
モジュレーター
インバーター電源を
用いることにより
大幅にコンパクト化
S-band modulator
C-band modulator
10
励振系
メインライナックの
2856 MHz を(x2)逓倍して、サブブ
ースタクライストロン（Mitsubishi
PV5101 42 kW）で増幅して、ハイ
パワークライストロンに入力する
11
RF窓とダミーロード
Kazakov型RF窓
進行波成分を重ねることにより
セラミック周辺部での電界を
低くできる
KEKライナック S-band 松本型
ダミーロードと同様の思想で
開発
460 mm 長
12
加速管
現在 KEKB ライナックで使用されているＳバンド加速管




進行波型、ディスクロード構造
54 個の標準セル＋2 カプラーセル（全長2m）
セル当り 2p/3 位相進み
準定電界型（アイリス2a寸法が一定割合で減少）
をスケールダウンした構造のＣバンド加速管を作る。また、
電鋳による製造方法も踏襲する。
13
Test Stand 概要
モジュレーターとクライストロン、
及びその励振系（サブブースター）
など、RF源の試験を行う。
導波管、ダミーロード、
3-dBハイブリッド、RF窓、
及び、加速管などの高電界試験と
エージングを行う。
エージングと平行して、各種
特性データの測定を行う。
・真空値の変化
・RF波形観測
・振動センサー（放電位置情報）
・暗電流測定
・放出ガスの質量分析
・ビデオカメラによるカプラ部の放電観測
14
テストスタンドでのエージングの履歴
41.8 MV/m に到達
43.7 MW に到達
Total
300 hours
RF ON の
時間のみ
積算
15
ライナック4-4ユニットＣバンド化
KEKB入射ライナックの
4-4ユニットに、Ｃバンド用
RF源と 1m長加速管を設置して
エージングとビーム加速試験を
行っている。
導波管はベーキングのためヒーター
が巻いた状態のままになっている。
また、加速管に縛りつけてあるのは
放電位置を測定するための振動セン
サーである。
16
エネルギーゲインの実測
AR用 3-GeV eビームを用いて
アナライザー
部でビーム
エネルギーを
測りつつ、
加速位相を
変化させ、
サインカーブ
にフィットし
加速エネルギー
を求め、
加速電界に換算
した。
17
放電頻度
18
C-bandコンポーネント開発現状
• クライストロンは、最大 43 MW まで安定に動作している
消費電力の観点からPPMタイプの開発も検討している
• モジュレータは長期運転するうちにインバーター電源の焼損故障
が発生するので対策検討中
• 励振系はサブブースター方式で問題なく動作している
2バンチ対応も考えて、半導体アンプも検討中
• 加速管は従来型で加速電界はほぼ達成したが、放電頻度が高い
のでカプラー構造の改良が必要
• RFパルス圧縮はTE038空胴のものを現在開発中、
2バンチ対応については検討中
• RF窓は Kazakovタイプの新型で問題なく動作している
• ダミーロード、3-dBハイブリッドも問題なく動作している
19
予算計画
20
建設計画
21
まとめ
• e+ 8 GeV のため、3 ~ 5-sector をC-band 化し、Damping
Ring も設置する。たとえ、Energy-switch しない場合でも、
e+/e- のビームラインが独立化して素早いモード切り替えが
できるというメリットがある。
• C-band ユニットのＲ＆Ｄについて、コンポーネントの多く
については目処がついたが、
加速管はカプラー改良の必要あり
インバーター電源は焼損対策の必要あり
RFパルス圧縮については、プロトタイプ製作中
2バンチ対応については要検討
e+ 収束用 Flux concentrator 詳細未検討
e- 用独立 BT ライン詳細未検討（Kicker magnetも）

Download Report