CHARACTERI ST IC SOF GAS D E S O R P T I O N FROMACCELERATOR M ATERIALSI N VACUUM"Hajime Watanabe, Kazuhisa Kakihara, Takao Oogoe, Atsushi Enoraoto and Isamu Sato
*Furukawa Electric Co.,Ltd.
500,Kiyotaki-machi,Nikko-s h i,Tochigi-ken,321-14,Japan
National Laboratory fo r High Energy Physics (KEK)
1-1,Oho，Tsukuba-shi,Ibaraki-ken ，305,Japan
ABSTRACT
Oxygen free copper(OFC) used in r f acceleration cavity must have lower outgassingrates, so degassing properties in high e lectric fie ld are important fo r OFC. We haveconstructed a system to measure desorption gas characteristics of OFC bombarded byelectrons. Gas pressure fo r each component was measured with B-A gauge and quadrupole
mass spectrometer• This paper describes the preliminary results o f the measurement•
加速管材料の真空特性

1 . はじめに
高周波加速空胴内部の表面は、部 分 的 に 数 1 O M V / m の高周波電界が励起されるので放電の発生が問題になってくる。その要因の一っとして、材料からのガス放出がある。 したがって、加速管材料としては表面の吸葳ガスが少ない材料が求められている。一方、 高周波加速空胴の多くは無酸素 銅 （O F C ) から作られている。 そこで筆者らは、加速管材料としての特性向上を目的とする〇F C のガス放出特性の測定評価の実験を進めている。そのために、 真空装置を設計製作した。その装置の調整改良の末、電子衝撃による材料からの放出ガス測定が可能となったので報告する。

2 . 実験装置及びサンプル
実 験 装 置 の 概 略 を 図 1 、 図 2 に示す 。 B —A ゲージと四重極型質量分析計により、圧力測定とガス分析が出来るようになっている。 〇 F C サンプルは、高周波加速空胴のディスクと同一形状に仕上 げ て あ り や 9 2 跚 ，厚 さ 5 腿でダイヤモンドバイト切削による鏡面仕上げになっている。真空装置 及 び サ ン プ の 詳 細 に っ い て は 昨 年 報 告 1〉してある。
熱電子を放出させるための陰極はサンプル上部に取り付けてある。螺旋状に巻いた令 0 . 1 5 画のトリエーテッドタングステン 5 本を並列につなぎ 、 1 5 0 W で加熱し熱電子を発生させる。サンプ ル の 電 位 は 0 〜 + 2 k V に調節可能で、 陰極からの加速された電子がサンプルに集中されるようになっている。一方、 陰 極 と 真 空 チ ヤ ン バ ー は 等 電 位 ( e a r t h ) になっており、電子がサンプル以外の所へ到達するのを防いでいる。
装置の構造上、 サンプル交換のたびに大気にさらされるため、装置のガス放出特性は排気開始から測定直前までの装置の履歴により、 大きく左右されてしまう。そこで、測定が行われるまでの作業、 例えば大気暴露される時間、排気時間、 ゲ ー ジ の o n , o f f のタイミングや時間、 ゲージや陰極のデガス手順等をすべて管理した。 そうして、毎回の測定時における装置の状態が等しく保たれていることを確認するために、 「大気暴露」 — 「排気」 — 「ポンプを閉じて圧力上昇曲線の測定」
を 5 回繰してみた。その測定結果が図 3 である。 この測定から得られる単位時間当りの圧力上昇値と容器の容積 2 . 2 • l ( T 2m 3から求めたガス放出速度の最大値と最小値の幅は、約 6 X 1 0 一9
[ P a - m V s e c ] に納まっている事がわかる。 この様に、作業手順を押さえることにより電子衝撃を行うまでのサンプルに対する排気履歴も統一できる。

Sample苽流導入端子Gas

Reservoir

26Q j/min

真空排気システム

真 空 容 器 容 積 2. 2 E - 2( m 3)

3 . 測定方法
本測定は、電子衝撃されたサンプルから放出されるガスの量と種類を観測することにより、 サンプルのガス放出特性を評価するものである。
まず装置全体を 2 5 0° C で 1 2 時間のベーキングを行う。室温に戻るまで排気し、サンプルを真空チヤンバー内にセットする。 その後、 スパッタイオンポンプ + ターボ分子ポンプで 2 2 時間排気した後、装置自身の特性確認のため、 ポンプを遮断して圧力上昇の測定を行う。 引続き 4 時間排気を行い（
圧力上舁測定以前の圧力に戾るまでまでの排気）、 陰極を加熱する。陰極は測定終了時まで加熱し続ける。真空容器はターボ分子ポンプのみの排気に切り替える。圧 力 が 安 定 し て か ら （陰極 加 熱 時 の 平 衡 圧 力 は 約 7 X 1 CT6 [ P a ] であった）、 陰極とサンプル間に電位差をかけて電子衝撃を開始する。陰極からサンプルに流れ込むエミッション電流は 5 O m A に調節する。陰極とサン プ ル 間の電位差は 1 0 0 V / 1 0 s e c の 速 度 で 2 0 0 秒 か け て 2 k V まで上昇させる。そして2 k V の ま ま 4 0 秒保持した後、 0 V に戻して電子衝撃を停止する。 即ち、 陰極とサンプルの間に電位差がある間は電子衝撃が行われていることになる。そ れ を 1 2 分每、 5 回繰り返した。その間、B —A ゲージと四重極型質量分析計で圧力変化と H 2, H 2 〇， C 〇 + N 2, C 〇2の量の変化を計測していく。

4 . 測定結果
サンプルの電子衝撃実験時の圧力変化を図 4 に、 H 2, H 2 〇の 変 化 を 図 5 に、 C 〇 + N 2, C 〇2の 変 化 を 図 6 に示す。図 4 〜 図 6 の 中 に 記 し て あ る “ 〇 N ” は電子衝撃開始時を表し、 “ O F F ”は電子衝撃停止時を表している。便宜 上 、 図中の電子衝撃によるピークには順番に①〜⑤の番号を付 し た 。図 4 〜 図 6 からわかるように、高温陰極も含めた装置からのガス放出に比べて電子衝撃が加えられている最中の圧力上昇量は桁違いに大きいため、本方法はサンプルからのガス放出評価としては有望だと考えられる。①のピークと②〜⑤のピークを比べて気が付くことは、最初の電子衝擊 で 比 較 的 低 い エ ネ ル ギ ー で 脱 離 す る ガ ス は 1 回目の電子衝撃で大部分が放出してしまうということである。詳細な議論については、 当日報告する予定である。但し、 今回の測定では①〜⑤のエミッシヨン電流を等しく 5 0 m A に制御できていない。従って、 ェミッション電流の制御がきちんと出来るようにしてから測定する必要がある。

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(E- 4)(E-3)[ Pa時 間 [X l000sec]
ESI 3(E-7)

図 4

容器の放出ガスの再現性（肋 上 舁 法 ）電子通i搫による圧力の変化

(E-8)

I

イ オ ン
LA]

イオン
S ICAT

0時 間 [Xl0O0sec]
図 5I----------- 112

I3

時 間 [X l000sec]

電子衝撃によるガス成分の変化一 1

霄子衝拏によるガス成分の変化 一25 . 今後の予定数種類のサンプルを測定し、 その測定結果について当日報告する予定である。
参考文献1 ) K. Kakihara,H. Ivatanabe ,e t a l . JProc.16th lin ear accelerator meeting in japan, p,49

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