Injector SC LINAC for KEK-ERL

Injector SC LINAC
for ERL
Frequency : 1.3 GHz
Energy : 10 MeV
Beam Current : 100 mA cw
Less Number of Cells
Schedule（旧）
入射部用3ーセルモジュールの開発
2006/7/20
2007
1
空洞
4
設計
2008
7
10
1
4
7
10
アルミ型製作
アルミ発注
プレス
トリム
BP製作
ベースプレート製作
溶接
HOMカプラー
設計
性能測定
ジャケット溶接
テスト
クライオ組込
実機製作
モデル製作
ジャケット
設計
製作
入力カプラー
設計
製作
チューナー
設計
製作
クライオスタット
設計
製作
バルブボックス
設計
製作
0.5MWクライストロン
設計
製作
設計
製作
横測定
ビーム加速
改良設計
WG系
ローレベルRF
電子銃回り
ビ−ムダンプ、真空系
縦測定システム
Phase-1
Phase-1.5
製作
設計
製作
製作
横測定
空洞製作
ビームテスト
縦測定
クライオ組込
ビームテスト
横測定
Phase-2
高圧ガス申請
製作
Schedule（改）
入射部用3ーセルモジュールの開発
2007/6/15
2007
4
7
2008
10
1
4
7
10
1
アルミ型製作
空洞
プレス
トリム
BP製作
ベースプレート製作
溶接
HOMカプラー
設計
性能測定
ジャケット溶接
実機製作
クライオ組込
モデル製作
ジャケット
設計
製作
入力カプラー
設計
製作
チューナー
設計
製作
クライオスタット
設計
バルブボックス
設計
製作
0.5MWクライストロン
設計
製作
設計
製作
テスト
横測定
製作
WG系
ローレベルRF
製作
電子銃回り
ビ−ムダンプ、真空系
縦測定システム
Phase-1
設計
製作
製作
横測定
ビームテスト
横測定
Phase-1.5
Phase-2
高圧ガス申請
製作
Tuner
Vacuum Vessel
Input Coupler
He Vessel
HOM Coupler
Injector Cavity Parameters
Injector Cavity Parameters
Frequency
Number of cell / cavity ( & Cavity )
1.3 GHz
3 (2)
2 (3)
2 (2)
1 (4)
1 (3)
34.6 cm
23.0 cm
23.0 cm
11.5 cm
11.5 cm
Accelerating Voltage
5 MV
3.4 MV
5 MV
2.5 MV
3.4 MV
Accelerating Gradient
14.5 MV/m
14.7 MV/m
21.7 MV/m
21.7 MV/m
29.5 MV/m
R/Q
300 W
200 W
200 W
100 W
100 W
Geometrical Factor G
270 W
270 W
270 W
270 W
270 W
Unloaded Q
1x1010
1x1010
1x1010
1x1010
1x1010
Cavity Loss
8.3 W
5.8 W
12.5 W
6.3 W
11.5 W
Beam Current
100 mA
100 mA
100 mA
100 mA
100 mA
Beam Power
500 KW
340 KW
500 KW
250 KW
340 KW
Optimum Coupler Q
1.7x105
1.7x105
2.5x105
2.5x105
3.4x105
Half Band Width
3.8 kHz
3.8 kHz
2.6 kHz
2.6 kHz
1.9 kHz
Number of Input Coupler
2
2
2
2
2
Number of HOM Coupler
<6
<6
<6
<6
<6
2k Load (static)
10(1.7)W
7.5(1.7)W
14.2(1.7)W
8.0(1.7)W
13.2(1.7)W
5k Load (static)
30(10)W
25(10)W
30(10)W
20(10)W
25(10)W
80k Load (static)
70(20)W
55(20)W
70(20)W
45(20)W
55(20)W
Effective Length
同軸型HOM couplerのCW運転上の問題点
TESLA cavity system、STF BL cavity systemの場合
・Eacc = 15～20 MV/mで pick-up probe の発熱が起こり、加速モードのQoが低下する。
（ただし、発熱の生じる電界はprobeの形状や配置に依存する。）
Probeに流れる表面電流分布
縦測定で観測されたprobe heating field
STF HOM couplerの各加速勾配におけるprobe先端の表面電流（HFSS）
CW用 HOM couplerの構成 (案)
①Notch filter
Notch filterの前段にhigh pass filterを加えた構成。
以下、設計手順
(a) high pass filter （同軸線モデル）
②High pass filter
(b) high pass filter + pick-up loop（同軸管モデル）
(c) probe 位置の決定（空洞モデル）
(d) Notch filter の追加（同軸管モデル）
③Pick-up loop
(e) Probe に流れる表面電流の評価（空洞モデ
ル）
(f) HOM のQextの評価（空洞モデル）
※加速モードの負荷低減のみならずliq.Heによる内導体の冷却を考慮した構造にする。
(d) Notch filterの追加-0（同軸管モデル）
Tuning gap = ～4mm
19mm
6mm
35mm
面取り：R1
14mm
5mm
Probe：Φ6m、先端Φ12mm
121mm
73mm
Gap=0.5mm～
Pick-up loopの面積が減っ
たため、probe gapを狭くして
カップリングをカバーする。
19
(d)Notch filterの追加-03.5
先端R2
8
0.5
35
10
30
10
10
32
内導体：□10×10mm
スタブ：□10×10mm
R5
ピックアッププローブ：
先端Φ12mm、Φ6mm
面取り：R1
全長：110.5mm+???
※螺子によって、アンテナ先端を交換できるようにする？。（未定）
※アンテナ先端は上図では角状になっているが、先端を交換できるよう
にする場合は、先端は円筒（ラッパ型）形状にして、螺子付近を角状か
ら円筒形に滑らかに接合できるように削る。
(e) Probe に流れる表面電流の評価-1
Probe gap
15 MV/m
20 MV/m
25 MV/m
ERL Antenna type, Tip(1):small
0.5mm
2400～2850 A/m
3000～3500 A/m
3700～4400 A/m
1mm
2200～2500 A/m
2900～3350 A/m
3600～4150 A/m
ERL Antenna type, Tip (2): big
1mm
7700～9000 A/m
10500～12000 A/m
12500～14500 A/m
ERL Loop type
0.5mm
2200～2400 A/m
2900～3150 A/m
3500～3850 A/m
STF model
0.5mm
4000～4250 A/m
5200～5600 A/m
6800～7200 A/m
Tip(1)ではSTFモデルと比較して約1/2の電流量であった。しかし、tip(2)ではhigh pass filterの特性
が低周波側に大きくシフトしたため、probe surface currentが抑制されないことが分かる。ただし、電
流評価時の加速モードのQext は>10^11で行った。したがって、1.3GHz用HOMカプラとしては機能
することが分かる。
(f) HOM のQextの評価（空洞モデル）
Probe gap
TE111
TM110
TM011
Other
Antenna type: tip(1) small
0.5mm
L : 2.9×10^5 L : 3.8×10^5 2.1×10^3
H : 7.0×10^2 H : 9.3×10^3
1mm
L : 3.8×10^5 L : 2.8×10^5 2.1×10^3
H : 1.6×10^3 H : 9.0×10^3
Loop type
0.5 mm
L : 8.9×10^5 L : 5.3×10^4 6.4×10^3
H : 1.2×10^3 H : 1.7×10^6
HOM coupler
rotate : 30
deg
HOM Couplers for JPARC

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