Proceedings o f the 22nd Linear Accelerator Meeting in JapanFABRICATION OF DISK-AND-WASHER CAVITY
A o H ” Iwashita Y.f N odaA .，Okamoto H ” Shirai T” Inoue M,
Kawakita T.” f Matsuoka M * 2 and Koyama K * 3
Accelerator Laboratory, N S R F ，ICR，Kyoto University,Gokasho,UjlKyoto 611, Japan

ABSTRACTThe biperiodic DA W cavity for electron acceleration is under fabrication and test The
operating frequency is designed at 2857MHz so that it can replace one of the existing disc-loaded
waveguide accelerating tubes. The injection energy for the acceleration test is intended to be about
60MeV. It consists of two of 1.2-m long accelerating tube and a coaxial bridge coupler thatconnects the two tubes. The bridge coupler has an RF coupler, a vacuum port, and three frequency
tuners. All of the parts are made of OFC. The detailed mechanical design and the fabrication
technique will be described.
Disk- and- Washerl . はじめに
京都大学化学研究所原子核科学研究施設では、
電 子 加 速 用 Disk-and-Washer (DAW) 型リニアックの研究を進めている。 まずDAW加速管断面の模式図を下に示す。

(DAW) 型 加 速 器 の 製 作の加速電場が均一となる理想的な構造を実現している。
DAWはその開放的な構造から良好な真空特性が得られ、セル間の結合が強ぐ加速電場が安定であり、 また高い加速効率が実現できることから、高エネルギー陽子加速器の高 0 領域の加速管として有力な構造であるといえる。
現在開発を進めている DAWは、 当研究施設で既に稼働中のDisc- load 型リニアック後段に接続し、加速実験を行うことを考慮して設計されている。加速管全体の構成は以下のようなものである。同軸型のブリッジカプラーが片側 1.2m の加速管の中央に配置されており、 R F 、真空の各ポーワッシャーを支えるサポートには様々な形状が考案されてきたが、上図は、我々が開発した二重周期 L 型サポートの形状を示したものである。 サボ
一卜の形状については、MAFIAによる三次元電磁場計算によって、 さまざまなサポート形状、配置を比較検討を行った結果から、二重周期 L 型サボート構造を用いている。 これによりサポートによる加速電場への影響を最小限にとどめ、かつ全体*1 Core Engineering Department, Nuclear Energy Systems
Engineering Center, Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.
*2 Electronic Systems & Space Systems Engineering、Department, Kobe Shipyard & Machinery Works, Mitsubishi
Heavy Industries, Ltd.
*3 Research and Development Department, NuclearDevelopment Corporation

卜、周波数微調整用のチューナーを備えている。

DAWの運転周波数は、施設内で稼働中の Discload 型リニアックと同じ 2857MHzとしてある。
次ページ上部に加速管全体の構成図を示す。
性能としては、20MWのクライストロンで60MVの 加 速 電 圧 （施設内の Disc-load 型 の 約 2 倍の加速電場勾配 ) を得ることを目標としている。
細部の寸法の決定に際しては、 アルミ製の試作モデル（コールドモデル） を製作し、測定を行つている。 コールドモデルを用いた各種測定から寸法の微調整を行い、運転周波数 (2857MHz)付近にダイポールモードなど他の.支障をきたすモードが存在しないこと、ほぼ均一な加速電場が実現されたこと、などをモデルで最終的に確認している。

約 2 0cm

約 2.4m2 クロム銅での試作
実 機 で は 真 空 特 性 、冷 却 水 路 、 ロウ付けなどを考 慮 し た 構 造 で な け れ ば な ら ず 、解 決 す べ き 技 術面での問題は多い。特にサポートにはワッシャーを支持するために充分な強度を確保しておく必要が あ る 。 そ こ で 材 質 と し て ク ロ ム 銅 を 用 い 、構造上の強度を確保することを試みた。
実 機 の 製 作 に 先 だ っ て 、加 工 精 度 、 ロウ付けのクロム銅製モデルの電場分布

仕 上 が り な ど の 確 認 の 目 的 も 含 め 、 6 セ ル 分 （3ユニット） のクロム銅製モデルを実機同様の方法
で試 作 し 、周 波 数 、電場分布などの測定を行っ周波数は設計値よりやや高めの値となっているた。 しかしこの際、新たにロウ付け後のクロム銅が 、電 場 分 布 は ほ ぼ 均 一 で あ る 。測 定 の Q 値 （2セ表面が変色するという問題が現れた。そこで、 こル 分 ） に 対 応 す る 計 算 値 を S U P E R F IS H を 用 い ての問題点を詳しく調べるためクロム銅試験片によ

求 め る と 、 約 21000 ( サ ポ 一 卜 は 省 略 し て 計 算 ）る焼鈍試験を実施し、 ロウ付け前後のクロム銅表である。 この計算値より小さくなっている原因としては、サ ポ ー ト の 影 響 に 加 え 、表 面 の 変 色 （酸面の変化を詳しく調べることにした。

化物の生成） の影響も大きいのではないかと思われる。

2 .1 クロム銅での測定
実機同様の方法で試作したクロム銅製モデルを用 い て 、周 波 数 、Q値 、電場分布の測定を行っ

2 .2 クロム銅での問題点た。測定の際 に は 、 コールドモデルと接続できるロウ付けの工程でクロム銅表面が変色すること

連 結 パ ー ツ を あ わ せ て 製 作 し 、端板などはコールがわかったため、別途クロム銅の焼鈍試験を実施

ドモデルから流用して測定している。下の写真はし、 ク ロ ム 銅 を 加 熱 し た 際 の 表 面 の 変 化 に つ い て

測 定 の 様 子 を 示 し た も の で 、 中央の3ユニットが試詳しく調べることにした。

作された実機の加速管、その両側にはアルミ製の焼鈍試験の概要は次の通りである。下の図に示すような無酸素銅、 クロム銅についての試験片をコールドモデルが接続されている。

準備し、 グラフに示したような過程で焼鈍した
後 、試 験 片 表 面 の 組 成 、 生 成 物 に つ い て 調 べ た 。

025 (Cr-Cu)
020 (OFC)
測定の様子。 中央3 ユニットが試作したモデルである。
次の表は周波数測定の結果を、グラフは電場分布を示したものである。
Serial Number

7requency[MHz]Q value12860.167

14100

22860.887

13900

32859.385

13900-12mm (Cr-Cu)-15mm (OFC)

に対し、 クロム銅には表面の変色が認められた。

4 考察と今後の課題
無酸素銅でのQ 値 （2セ ル 分 ） は クロム銅に比べ変 色 し た ク ロ ム 銅 の 表 面 組 成 を 調 べ た 結 果 、表面

大 き な 変 化 が 無 い よ う に み ら れ る が 、測 定 の 際 にの 変 色 は 、 ク ロ ム の 酸 化 物 と 判 明 し た 。 これはクコールドモデル（アルミ） の占める割合がクロムロムが、 ロウ付け雰囲気中の微量酸素と反応した銅製の場合に比べ、全体として多くなっているた
め、実 質 的 に は や や 向 上 し て い る と い え る 。一般

焼鈍後、無酸素銅には変化が見られなかったのものと思われる。
さらにクロム銅自身からの放出ガス（水素）などについても、無酸素銅と比較分析を進めた結的な無酸素銅による加工、組立とすることでクロム銅固有の問題を避け、材質の電気伝導度も向上

果 、積 算 で ク ロ ム 銅 は 無 酸 素 銅 の 約 3 倍のガス放した結果と思われる。無酸素銅を用いた場合の強出があることも明らかとなった。

度 面 に つ い て は 、加 工 、 ロウ付け後の仕上がり精度 や 外 観 か ら 判 断 す る 限 り 、現 段 階 で は 大 き な 問

3題はないと考えている。

無酸素銅での試作
ク ロ ム 銅 製 モ デ ル の 試 作 に お い て 、 ロウ付けの周 波 数 に つ い て 見 て み る と 、2 回の実機の試作に段 階 に 酸 化 の 問 題 が 発 生 し 、 クロム銅自身の放出

お い て 、 い ず れ も 周 波 数 は や や 高 い 。 このずれのガスも無酸素銅に比べて多いことがわかった。そ主 た る 原 因 は 、サポートの曲線形 状 の 微 妙 な 違 いこで、 こ れ ら の 問 題 点 を す ぐ に 解 決 す る こ と は 難ではないかと考えている。 コールドモデルの場合しいと判断し、加速管などの製作で実績ある無酸のサポートは、アルミの棒材を曲げ加工すること素銅を 用 い る こ と で 加 工 、 ロウ付け時の問題点をにより製作したのに対し、実機ではサポート内部無くし、工作を容易に進められるよう方針を改めに冷却水路を設ける必要から、 中空のパイプを曲ることにした。

げ 加 工 す る こ と に よ り 製 作 し て い る 。 このためサクロム銅製モデルの試作と測定から得た結果を

ポ ー 卜 の 曲 線 形 状 に 微 妙 な 違 い が 生 じ 、 これが結基 に 、構 造 上 の 見 直 し な ど も 行 い 、新たに無酸素

果的に測定の際の周波数のずれにつながっている銅で試作モデル（
下の写真） を製作した。のではないかと考えられる。
電場分布については、 クロム銅の場合には見られなかった電場の不均一性が無酸素銅の場合に周期的に現れている。電場分布の均一化は主にディスクの内径を調節することで行うことができる。
しかし、先 の 加 速 モ ー ド の 周 波 数 と 同 じ く 、サボ一卜の影響も考慮する必要があり、全体として最適な寸法の確定にはまだ問題が多いと考えてい無酸素銅製モデルる 。 DAW で は そ の 特 徴 と し て セ ル 間 の 結 合 定 数 がクロム銅の場合と同様に無酸素銅モデルにおいて大きく、各セル毎の周波数は厳密に合わせなくても周波数、電場分布の測定を行った。結果は以下もよい。 しかし、 Q が 高 い た め 、全 体の共振周波のとおりである。

数はかなりの正確さが要求される。 このため、全Serial Number

体平均として共振周波数を運転周波数に合わせ込

Freauencv [MHz] \ Q valuel|2858.221；

14100

2丨

2858.927丨

14200

32858.089

14400

むことが製作上重要となる。
こ れ ら の 結 果 か ら 、現 在 、サ ポ ー ト の 影 響 を 十分に評価することが必要であると考えている。サポートの影響の評価にあたっては、計算によって各部 の 寸 法 を 変 化 さ せ た 時 に ど の 程 度 、周波数や電 場 分 布 に 影 響 を 与 え る の か を 概 算 し て 、実機に対しておおよそのフィードバックを与える方法
や 、 より正 確 に は 、実 機 同 様 の 加 工 方 法 で 作 ら れたサポートを用いたコールドモデルテス卜などを行 う 方 法 な ど が 考 え ら れ る が 、実機製作 の 工 程 面
な ど も あ わ せ 、現 在 再 検 討 を 進 め て い る と こ ろ である。

無酸素銅製モデルの電場分布