GLC XバンドＲＦシステム開発の現状
明本 光生、荒木 栄、浦川 順治、榎本 収志、神谷 幸秀、設楽 哲夫、高田 耕治、陳 栄浩、照沼 信浩、峠 暢一、徳本 修一、中島 啓光、早野 仁司、肥後 寿泰1、福田 茂樹、本間 博幸、松本 修二、両角 祐一
高エネルギー加速器研究機構〒305-0801 茨城県つくば市大穂1‑1

概要
最近、JLCリニアーコライダーは国際協力の下に建設するに相応しい名称GLCに改名された。早期建設開始に向けて、メインライナックに用いるＸバンドＲＦシステムは実証試験段階に入ってきている。本稿では、これに関連したコンポーネント、特に加速管の開発状況を述べ、SLACとともに進めているRFシステム試験と平行して開始したKEK内での試験装置GLCTAの計画と現状に関して述べる。

１．はじめにストロンPPM#2を現在SLACに送ってテスト中である。
また、８パック計画では、IGBT素子を用いたインダクションタイプのモジュレータを採用している。
このRF源システムが動いて、RFユニットを構成する加速管を架台にセットして運転することにより、R2対応のシステム試験が可能となる。このようにSLACでの試験ですすめることが、最も早くTRC答申のR2までを実証することができる。
しかしGLCを推進するためには、自前の高電力試験を行って経験を積むことが必要であり、KEK内に試験設備「GLCTA」を立ち上げることにした。GLCの早期実現タイミングを考慮して、H15年度からまず３年の予定で進める。本稿では、GLCTAに関連する状況と計画を報告する。

2000年あたりまで、リニアーコライダーの主線形加速器としてＸバンドの開発は特に各主要コン[1]ポーネントに集中して行ってきた 。最近では、ク
２．KEK
２．KEKでのコンポーネント開発現状
KEKでのコンポーネント開発現状
ライストロンや加速管等の主要ハードウェア開発
RFシステムは、主要素としてモジュレータ、クが実機レベルに近づいて、RFシステムとしての実[2]ライストロン、SLED‑II、加速管で構成されるが、証を目指すべき段階に入ってきた 。プロジェクト
これらの国内の開発現状を下記に述べる。
推進やラボの国際化に向けての活動も積極的に行[3]
われ、名称もACFAのもとにJLCからGLCに変更した 。
[4]
2.1 RF源
国内サイトの検討も進めており 、全体システムの[2]検討やコスト評価等も行っている 。
モジュレータには、IGBT素子をスイッチングにこの状況下で、TESLAプロジェクトとの技術的比用いたインダクション型を想定している。現在そ較検討を行い、世界的に最良の条件で建設すべく、 のドライブモジュールを開発中で、クライストロ[5]
TRC委員会の第２次答申が出版された 。GLCの立場
ンをドライブできる装置を１年程度で開発予定ではＸバンド加速器ベースであるが、国際的コンセある。
ンサスを得て進めるにはこの答申を受けて立つ必クライストロンは、PPM#2でほぼ仕様の75MW、要がある。TRC答申には、優先度１〜４まで記述さ1.6µsecを達成し、TRCのR1は達成したと判断してれているが、最優先項目（R1：方式の技術的可能いる。このクライストロンは現在SLACにて、高繰性の実証）及び次優先項目（R2：最終設計を進めり返しの試験を継続しており、実現できればR2のる に あ たり必要となる技術の実証）をまずクリ実証となるとともに、SLACでの８パック計画のシアーすべきであり、最近はそこに集中して開発をステム試験に供される予定である。現在、冷却性進めている。
能を増強したPPM#4をKEKにて試験しており、短パ
Ｘバンド技術は、同じ技術に立脚して設計開発
ルスでは予定していた特性を確認でき、フルパルを進めているSLACとの共同開発をできるだけ進め
ス幅へ向けてのエージング中であるが、これもそてきたが、前出のR1、R2の実証にはこの体制を増の後SLACでの試験に供される予定である。冷却を進して実現すべく進めている。具体的には、加速更に強化した150Hz対応のPPM#5の製作も現在進め
管R1対応の高電界試験をSLACの施設であるNLCTAでている。
積極的に進めており、KEKからは加速管セルの供給を主に行っている。また、SLED‑IIのR1対応として
2.2 パルス分配・圧縮[6]
SLACで「８パック計画 」が進んでおり、KEKは導昨年、SLED‑IIベースにRFシステムを構成するべ波管コンポーネントのバックアップを担っている。
くベースライン設計を変更した。理由は、今までまた、PPMクライストロンのR2実証と、８パック計[7]のDLDSベースのデザイン を実証するためには８台画で使用する可能性を見極めるためにKEK製クライ
1E-mail: toshiyasu.higo@kek.jp

の75MWクライストロンが必要であり、これに象徴される膨大なシステムを組む必要があり、TRC要求のR1、R2級の実証試験を１〜２年程度で完成することは現状不可能と判断したためである。KEKではこれまで培ってきたDLDSの設計製作測定技術を生か し て 、 SLAC で 展 開 さ れ る「８パック計画」のSLED‑II部分でいくつかのキーコンポーネントのバックアップを設計・製作している。

2.3 加速管2000 年 ま で に 、 減 衰 と 周 波 数 離 散 で 長 距 離ウェーク場の抑制は可能であることを実証したが、[10]
図２ ２型加速管プロセシング例
光速の10％を超える群速度の加速管では、高電界運転での放電による銅表面の浸食が激しく、10年り百万パルスに１回程度の放電頻度におさまると[8]に及ぶ安定運転は不可能であることが判明した 。
ころまで達成している。
これは、図１の加速管比較で１型加速管に対応し、1.8m長である。

３．GLCTA
３．GLCTA

Beam Hole Diameter2a [mm]1211143.1 目的

31098726024vg/c

図１6[%]

81012

加速管高電界特性向上のための設計進展

これを克服するために、１→２→３→４の変遷をたどり、現在は60㎝長で群速度が光速の3％で始まる４型加速管をベースラインとした。このスタ[9]ディを始めた当初、KEKでは高電界試験設備 のフル運転が人的にも難しかったため、KEKは試験セルの製作を担当し、SLACのNLCTAを用いて高電力試験を遂行した。この一連の試験から得られた知見は主に以下のようなことである。
１． 群速度を遅くすることで放電による銅表面へのダメージを抑制できる。光速の５％程度以下が望ましいようだ。
２． ３μm級のエッチングによる加工変質層排除で性能が向上するようだ。
３． 磁界を横切るシャープリッジは局所的パルス内温度上昇につながり放電を誘発するが、丸みをつけることで抑制できる。
４． 低群速度を実現するため、セル間の位相進みを150度に増しても放電特性は大きく変わらない。そこで、大きなビームホールを有したまま群速度を抑制することができる。
５． 高次モードの減衰のために必要な３Ｄ形状を有するHDDSセルは２Ｄのみのセルに比べて放電頻度に大きな違いはない。
６．
図２に、４型で中央部にHDDSセル数個を擁する加速 管 の プロセシング例を示した。このように、60Hz、数十時間で実機仕様の400nsec,65MV/mは達成され、放電頻度は数百時間のプロセシングによ

２節の状況判断より、TRCのR1対応の実証は、SLACとの共同試験に集中して進めることで速やかにクリアーすべきであると考えている。しかし、日本でGLC計画を進めるためにはまず自前での高電力運転経験が不可欠であり、最終的には、ＲＦシステムとしての運転試験が必要であって、これに対応できる設備とすることが重要である。最低限、ビーム無しであってもシステムテストまでは行うべきである。
また、リニアーコライダー相当のバンチトレーンを加速する時のシステムの安定運転ができることが重要であるが、幸い当施設はATFの下流に接続できる位置に設置するので、Sバンド加速管とシケーンによって１㎜程度に圧縮されたバンチを加速管にうちこむことができる。
特に加速管の安定運転に関しては、100万パルスに１回程度のレートに抑える必要があり、また放電による銅の浸食に対する評価は10年分を数ヶ月以内で評価することを要求される。そこで、長期運転安定性を正確に把握できるような運転記録を
行 い 、 また加速管あたりの総位相シフト量では数ヶ月の運転を挟んで、前後の変化を１度より十分よい精度で測定する必要がある。これらの精度の高い測定を実現すること、また放電そのものをあらゆる角度から評価し、抑制対策を練ることが、GLCTAによって進めるべき重要な課題の一つである。

4.2 計画全般
計画の概略を図３に示した。まずは平成１５年度〜１７年度の３年の計画で進める。
最初に、これまでKEK内の別の場所に展開していた高電力試験のセットアップを移して最短時間での再立ち上げを行う。図４の左半分に見える電源やモジュレータはこれにあたり、これでソレノイ
ド収束クライストロン２台をドライブしてその出力を合成することにより、加速管１台に必要な電力、400nsec幅でピーク電力、数十MWを十分上回る電力供給が可能になる。右端に見える積みかけのシールドルームが加速管の入る場所である。
これと並行して、1.6µsec・75MWのPPMクライストロン２台とそれをドライブするモジュレータを新規に製作しており、来年度にはそのRF源を稼働させる。モジュレータはPFNタイプを採用し、リニアーコライダーで目指すタイプとは異なるが、RF源仕様を満たすRFを最短時間で立ち上げることを目指しているためである。
最終段階では、RFシステムとしての高電力試験を 行 う が、その折り必要となるパルス圧縮又はDLDSに関しては今後決めていくこととして、現状では２クライストロンRF源の確保を目指して進めている。

| FY2003| FY2004| FY2005|

ARより移設立上

GLCTAエリア現状

SLAC/NLCメンバーに感謝致します。また、高電力試験に関して既に国内の大学からの参加があり、今後の進展に大きく寄与するものと期待するとともに感謝致します。

参考文献

加速管高電界試験
新規KLY×２＋モジュレータ
RF源拡充・パルス圧縮等
RFシステム試験

図３

図４

ＧＬＣＴＡ計画

4.3 場所・現状
KEKアセンブリーホール内でATFに隣接するエリアに、現在、図４の写真のようにARから移設が始まっている。写真奥は、ATFの引き出しラインで、将来GLCTAにビームを引き込むことが可能な場所としてある。

５.謝辞
謝辞高電界試験をはじめ、Xバンド開発の多くの部分でSLACとの共同開発が関与しており、多くの

図５[1] International Study Group Progress report, KEK Report
2000-7 and SLAC R-559, April 2000.
[2] GLC Project Report (Road Map),
http://lcdev.kek.jp/ProjReport/[3] ACFA答申, http://lcdev.kek.jp/NewName/[4] サイトスタディグループ報告書, KEK Report 2002-10,Jan. 2003.
[5] International Linear Collider Technical Review Committee,
Second Report, SLAC-R-606, 2003.
[6] The NLC 8-Pack Project,
http://www-project.slac.stanford.edu/lc/local/Projects/8Pa
ck/8Pack.html[7] JLC Design Study, KEK Report 97-1, Apr. 1997.
[8] C.Adolphsen et al., ISG-8,
http://www-project.slac.stanford.edu/lc/ilc/ISG_Meetings/
ISG8/nlcisg8.htm[9] T. Higo et al., “High Field Experiment of 1.3m-long Xband Structure”, KEK Preprint 98-11, 1998.
[10] RF Processing and Breakdown Meeting at SLAC,
http://www-project.slac.stanford.edu/lc/local/notes/rf_pro
cess/RF_Processing_Breakdown.htm

ATFとGLCTA