S T A B I L I Z A T I ON
BYOFPOSTTHEL INACALVAREZ

COUP LRE S

Shinji HACHIDA, Takao KATO, Sadayoshi FUKUMOTO* Department of Physiscs>

University of Tokyo

National laboratory for High Energy Physics
Abstract
The model tank of the 40MeU Alvarez Iinac is designed and constructed. For the stabilfzationof its RF field, post couplers are inserted in this tank. As a result of low power measurements,
some characteristics of post couplers are obtained and the efficacy of them is demonstrated.
しモデルタンクの設計と特性

ボストカプラーによる、フィ一ルドのスタビライズの効果を確かめる目的で、モデルタンクを製作したV 径の大きさを実際の1/2として、周波数を2 倍の400MHzにとり、長さは1 5 c e U とする。 タンクのパラメータ一を、T a b l e 1に示す。

8 00
70 0Energy

20.60 » 28.78 Meリ

Frequency

401.5 MHz

Beta

0.2062 - 0.2421(NHJ0 h o X I aanJ J

Table 1 Main parameters of the model tankcr

TankLength

2. 51 m500
4003000510Mode N u m b er
fig .1 .D ispersion curve w ithout drift tu b es

Inside diameter 0.45 m
Number of cells

60 01560 0Drift tube
8.0 cmBore diameter

1.5 cm500n(h kOuter diameterを入れないで測定した。 このときのモード図を、 F i g . 1に示す。共振周波数の最も低いTE111モードについて、計算値と測定値はよく一) Aouantjajh

はじめに、 タンクの円筒導波管としての特性を、 ドリフトチューブ

4003002001000致している。
つぎに、 ドリフトチューブを付けたときのモード図がFig, 2 であり、510-

Mode N u m b e r
fig.2 D ispersion curve with drift tu b es

加速モードであるTM010モードの共振周波数は401•67MHz C 空気中）で、404SUPERFISHによる値からのずれは、507kHz低い。SUPERFISHによる計算(ZHK)

は、 メッシュサイズの取り方により変わるものであり、 この変化^の割合をグラフにしたものがFig. 3である。モデルタンクの設計ではA 点のサイズを使ったが、サイズを無限小に延長したB 点での傕との差は、周波数で約400kHzとなり、 この分さらに計算値と測定値は一致する方向である。
Q 値は、 ドリフトチューブを入れないタンクでのTE111モードで、22600 (計算僱の約60%)，入れたあとでのTM010モードで、13000箕僱の約40%)となっている。

(計40000 .2 50 .50 .7 5M esh S ize (cm )fig. 3 Mesh size d ep en d en ce in SUPERFISH-152.

電 場 測 定 、 ビーズパータべイション法

タンクのスタビライズは、一つの結果として電場分布に現れる。電場分布を測る方法として、 ここでは最も一般的なビーズパーダベイション法を用いた。 ビーズパータベイシ3 ン法の原理は、金属球または誘電体球を入れた場所で、電場が乱れる効果を共振周波数の変化として検出し、その変化の大きさから電場の強さを（1 )式により見積もる。
Af/f = - 3 €oE2v/4U(1)

この測定により得られた電場分布の例
として、ceLL— つ 分のデーターをFig.
4 に示す。
図にみられるように、一定の周波数のノイズがのっており、 さらにフーリ

fig.4 fie ld d istrib u tion m one cell

fig .5 After fo iirier tra n sla tio nエ変換すると、Fig,, 5 に示すように約25Hzの周波数成分をもっていることがわかる。 このノイズ源は、タンクの機械的な共振であろうと考えている。 また、 この測定系の時間変化は約0.5Hz/secで、 この程度のドリフトは避けられないものとすると、今回の测定時間、約 3 秒のあいだで精度はA f = 250 ±1 Hzとなる。
以上のような、 ノイズ、 ドリフトを抑えるために、おもにソフトウヱ了による平滑化を行う。ハードウヱ了のブロックダイアグラムは、Fig, 6 に示す。

3,

ボストカプラーによるスタビライズの原理現在あるKEKの20Meリタンクでは、RFのTwo Feedによるスタビライズを行っている。 これは、 タンクの長さ方向、約1/4と3/4の場所からRFをフ.
一ドして、基本周波数より一つ上のモードが立ちにくいシステムになっている。今回のポストカプラーによるスタビライズでは、基本モードに対してボストモ一ド( いわゆるカップリングモード）を合流させる。 これによりモード図上で、本来傾きを持たない基本モードのカーブに傾きを持たせ、基本周波数と一つ上のモード間のモードスべ-"スが、大きくなるようにする。 このように、higherモードが励起されにくくすることが、 タンクがスタビライズされる一つの条件である。
また、ポストカプラーによるスタビライズのもう一つの利点は、基本モードが傾きを持つことによって、RFの群速度が零でなくなり、 タンク内でエ ネ ル ギ ー の 流れが起こることである。 これにより各cell間でほぼフラッ ト な フイ一 ル ド分布が得られる。

4,

パ ー タベイシ ョ ンに対するボストカプラーの効果
fie .6 Field m ea su rem en ts sy ste m

端板の位置を前後にずらし、両端のcelUこ意図的にパータベイションをあたえたタンクを、ポストカプラーによってスタビライズした。測定量として、モード図、周波数、電場分布の3 つの変化を測った。

4 - 1 モード図
ポストカプラーを、 タンクに入れる長さを変数にしたときのモード図は、Fig, 7 のようになった。ポストカプラーを入れることにより、ボストモ一ド（いわゆるカップリングモード）周波数は下がる。ボストカプラーを13,5cmいれたところで、基本モードとボストモ一ドのカップリングが起こり、モードスベースが大きくなっていることがわS,Mode N u m b er

P o s t C oup ler (cm )fig .8 Frequency sh ift by in sertio n of post,
tak in g en d plate p ertu rb a tio n for p a ra m eter

fip.7 D ispersion curve, changing p o st len gthsJJ T q J)
PIU( i u nS J T e-t.

tojCDP o s t C ou p ler

Cell N u m b erl d -txv

—rr'(cm )f ig .10 D istortion p a ra m eter definedby Ungrin, et al.

fig.9 Field d istrib u tionb efore and after p o st stab ilization

かる。12,5cmのところでさらにモードスペースが大きいが、 この状態ではあとで電場分布の結果が示すように、フィ一ルドのディストーションが起こっているo4 ~ 2 共振周波数共振周波数を示したのが、Fig* 8 である0 端板によるパータべイシ3 ンのあたえ方により、共振周波数の変化は個々に異なるが、どれも12.5CHIに一つのクリティカルポイントを持ち、その前後で大きく変化する04 - 3 電場分布
ポストカプラーにより、電場分布がいかに改善されるかを、R g . 9 に示すe ここでは、電場分布が改善されフラットになることを示すパラメーターとして、Ungrin，et aL(Ref. 2 ) が定義したように
Dx=? I F - F (. Iをとる。 これを使ってD x の変化をみたものが、FigJOである。 この図から明らかに、12,5cmのフィールドディストーション、および13.5cmのスタビライズが読みとれる。
5.

ポストカプラー先端のタブの角度、および大きさによるスタビライズの効果

ボストカプラーの先端には、Fig.11 に示すようにタブをつけよびタブの大きさを変えたときのスタビライズの効果を調べた。
Ffg.12がタブをすべて一方向に向けたときのフィ一ルド分布

A J d J ^ q}J-pl g M I(sitmてある。 このタブは、元来各cell間の対称性を破ることにより、フィールド分布に傾きをもたせるものであるが、その効果、おojであり、タブを向けた方に減少している。
タブの大きさに関しては、 ドリフトチューブとのキャパシタ所でスタビライズする。

«Jr--(xVンスから、大きなものほどボストカプラーを入れる長さが短い—rr
H

Cell N u m b er
fig .12 Field d istrib u tio n vs. tab ro ta tio nReferences
1 . E.A.Knapp, B.C.Knapp, and 丄M.Potter, Rev. Sci. Instr. 39, 652 (1968)
2. J. Ungrin, S.0 .Schrfber, and R.A, Mokes, IEEE Trans. NucL Sci. NS-30, No.4, 3013 (1983)

fig .1 1 left: p o st cou p ler and sm all tab
right: drift tu be and slim m er s te m s

fig . 13 in s ide tank with post cou p lers

fig .14 D im ensions of th e tank— 112 —