Proceedings of the 1st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japanand the 29th Linear Accelerator Meeting in Japan (August 4 - 6, 2004, Funabashi Japan)

High Power test of C-band RF window Using Resonant Ring
T.Takenaka1),H.Katagiri, K.Nakao, S.Michizono, S.Fukuda
KEK,High Energy Accelerater Research Organization
1-1 Oho,Tsukuba,Ibaraki,305-0801,JapanAbstract
High power test of C-band rf window is carried out using a resonant ring. The window is the mix-mode typedeveloped last year, where the electric fields decrease at the periphery. Rf power of the maximum 350 MW istransmitted through the window. During the resonant-ring test, optical emission is measured and analyzed throughspectrometer, which indicates the good durability for the high-power usage.

Ｃバンド‑レゾナントリングを用いた高周波窓の大電力試験
１．はじめにKEK電子陽電子入射器において検討しているＣバンド化計画 〔 1〕 では、40MWの高周波出力を加速管に投入する。昨年はCバンドクライストロンの40MW出力に使用できる窓を目指し、160MWの試験をおこなった。
昨年、試験をした窓は現在クライストロンギャラリーに使用されており、第一の目的は達した。高周波窓の耐性を評価するために300MWを目標に試験を行った〔2〕。
レゾナントリング（Fig.1）では、クライストロンから発生する2倍,3倍の高調波はカットされるが、基本波出力を同期・重畳させることにより、10〜20倍の通過電力を得ることができる。レゾナントリン
Fig.1 Cバンドレゾナントリング(周長約3.9ｍ)
グの運転周波数の波長と整合をとるため、スペーサを挿入して粗調整を行い、運転周波数により微調整を行っている。レゾナントリングは大電力高周波源 ２．最大通過電力で用いられる各種部品（高周波窓、フランジ、導波最初、通過電力評価試験は直管にて行われ、Fig.2管等）の開発に適しており、今回も導波管回路に用 に示すように最大通過電力403MW、パルス幅２µs、いる高周波窓の評価を行った。
繰り返し50ppsを達成した。通過電力350MWではパ最初は高周波窓の挿入部分を直接、直管で組み、 ルス幅２µs、繰り返し50ppsで数時間運転された。
充分にガス出しをした後に高周波窓の試験を行って次に高周波窓に取り替えて評価試験をした。Fig.3いる。レゾナントリングへの入力は繰り返しとパル は300MW連続運転時のパルス波形を示し、Fig.4にス幅等を徐々にあげながらおこなった。前回に比べ は9時間連続運転を行ったときの通過電力と真空圧2倍強の300MW〜350MWのパワーだった為フラン 力を示してある。このデータを見るとレゾナントリジ、窓の温度上昇にも気を配った。
ングでの真空悪化による3回のトリップがあったが高周波窓の試験では前回をはるかに越えるパワー 真空は時間とともに良くなっており、充分期待できを投入するので表面溶融が懸念された。高周波窓の る。
試験評価には発光の確認と同時に発光分析も行った。 なお、高周波窓での最大通過電力は350MW、１
また、前回の試験と比較するため、窓の高周波損 µs、25ppsに達することが出来た。繰り返しを50pps失測定も行われた。にするとフランジ等の温度上昇が大きくなりレゾナ
ここでは昨年を大きく上回る大電力での直管およ ントリングのチューニング調整が頻繁になった為、び高周波窓の試験と発光分析などについて報告する。 今回の試験は基本的に25ppsとした。

1

E-mail:tateru.takenaka@kek.jp278

Proceedings of the 1st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japanand the 29th Linear Accelerator Meeting in Japan (August 4 - 6, 2004, Funabashi Japan)的楽であった。
コンディショニング終了後、窓の真空漏れ試験をしたが、漏れはなかった。

４．高周波窓の高周波損失
高周波損失は水晶温度計を用いセラミック窓外導体の入出力流量の温度差を測定した。そのときの流量は1l/min。高周波損失（Fig.5）の測定は46MW〜227MWの間でおこない、平均電力9.6kWのときの損失は6.44Wで0.1％以下である。非常に少ない損失で、昨年より2割程度小さくなっている。この様な現象
はSバンド高周波窓でもみられ高周波窓の個体差の範囲と思われる。

Fig.2 403MW通過電力（直管）
パルス幅2µs(ch3)、繰り返し50pps

y = 0.6889x
2R = 0.9774

8.000

P loss [W]

6.000
4.0002.0000.000

Fig.3 300MW通過電力（高周波窓）
パルス幅2µs(ch2)、繰り返し25pps

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

P average [kW]Fig.5 高周波窓の高周波損失

５．発光分析
ここでCバンドとSバンドの発光パターンを比較するとCバンド（Fig.6）の場合２µsのパルス後半から発光があり、Sバンド（Fig.7）では立ち上がりからの発光が見られた。これはCバンド用に開発された窓の特性に起因するものと思われる。このCバンド用のMix-Mode窓〔 3 〕 では端部の電界が低いため、マルチパクタに時間がかかると推測している。

Fig.4 300MW高周波窓通過電力と真空圧力直管を用いたときの通過電力378MW、25ppsでフランジ部の温度は48.7度、導波管部は39度になった。
高周波窓では300MW、25pps運転のとき同調の最適化を行うため挿入した35mmスペーサで45.6度、接合フランジで42度となっていた。また、放射線レベ
ルは15µSv/hであった。

Fig.6 Cバンド発光77MW

３. 直管・高周波窓のコンディショニング
直管のコンディショニングは昨年160MWを８日間で行ったが、今回は300MW、10日間であった。
高周波窓のコンディショニングは直管で既に400MWまで通過していたので高周波窓以外での反射が生じず350MWまで5日間で到達し300MWの９時間連続運転までには8日間でおこなえた。コンディショニングの方法として高周波電力のパルス幅を短く、繰り返しを少なくして運転すると早い段階で大電力まで到達し、あとのコンディショニングが比較

Fig.7 Sバンド発光50MW

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また、放電時にはCバンドでもFig.8に示すようにパルス全体にわたって発光が見られた。

7.

通過電力と発光強度

発 光 は 履 歴 依 存 性 が あ り 、 分 光 器 で測定した330nmの発光強度と通過電力の関係をFig.11に示す。
最初50MW程度で発光が観測できたが、通過電力を下げていくと発光はなくなり、再び通過電力を増しても80MWまで発光は生じなかった。その後、90MW程度で発光は間歇的となり、その履歴により発光しない場合もあった。
1.4
1.2
Lumi

Lumi [arb.]

1ch2 周回電力、ch3 RR反射、ch4 発光
Fig.8 放電時の波形

0.8
0.6
0.4

Fig.9は通過電力122MWで発光したときに上流側から撮影した。この発光は窓の端部が導波管に反射して4本の筋に見えている。

0.20050100150200250

Power [MW]Fig.11

通過電力と発光強度

８．まとめFig.9

レゾナントリング窓上流から撮影したときの発光分布(122MW)

６．スペクトル
通常の発光スペクトルは330nm付近に酸素のF+中心が現れ、694nmのCr不純物中心に起因する基線スペクトルからなる。表面が溶融したものは410nmのF中心発光が見られる 〔 4 〕 。今回のCバンド窓にはF中心のスペクトル(Fig.10)が現れなかった。

直管での通過電力は403MWに到達した。高周波窓では最大350MWで運転され、300MWの９時間運転において放電は3回と非常に少なく真空も時間とともに良くなっている。
この試験評価は信頼性を上げるため発光分析等も行った。今回の試験はSバンドの高周波窓では限界に近い通過電力だがCバンドの高周波窓はMix-Modeとしたため大きな問題はなく、表面溶融に特徴的な発光スペクトルは現れず、窓本体の真空漏れもなかった。
今後この窓は再度組立てを行った上で加速管組立て室の導波管高周波窓として使用する予定である。
現在稼動中のCバンドのクライストロン窓に真空漏れがなければCバンド用高周波窓の開発は一段落となる。

参考文献

Fig.10 40MW通過電力時の410nmにF中心は無い（300MWで10時間運転後）[1] 福田茂樹,他,
SuperB計画の為のKEK電子陽電子ライナックCバンド化計画, 第28回リニアック技術研究会論文集、東海、茨城、2003．
[2]竹中たてる.他, C-バンド‑レゾナントリングを用いた大電力試験 , 第28回リニアック技術研究会論文
集、東海、茨城、2003．
[3]道園真一郎．他, Ｃバンド・ミックスモード高周波窓の開発 , 第28回リニアック技術研究会論文集、東海、茨城、2003．
[4]S.Michizono et al., IEEE Trans. on Electr. Insul., 28(1993) 692.

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