cERL用主加速器空洞入力カプラー用
テストスタンドでのhighタ ドpower 試験
今回cERLモジュール組込用 2,3号機用のカプラーテストの一通りのまとめ。

2012/07/17
阪井寛 、篠江憲治、梅森健成、沢村勝、古 貴章、
阪井寛志、篠江憲治、梅森健成、沢村勝、古屋貴章、
佐藤昌史、久保穀幸、Enrico Cenni
ERL検討会 (2012.7.17)

1

Introduction for high power test (2012年3月まで)

Leak check OK

カプラー駆動機構
この部分を動かしてcold窓のcouplingを変える。

昨年度にcERL
用のカプラ を２用のカプラーを２台作成(2,3号機)、
low level測定と真空checkまで
真空までは終了。Injector
port2のカプラーテスト
終了後、今回（４月～5月にかけて)はハイパワー試験とarcsensorの詳細
studyを行った。
目的

port1

Low level測定
測定

Default値でS11&S22で-25～-30dB以下の反射になっている 設計値とほぼ近かった射になっている。設計値とほぼ近かった。

・カプラー２、３号機用のhigh power test stand--今回はprocessがメイン。80kW (1/2 duty)以上 の進行波(20kW定在波相当)でカプ
ラ 全面のprocessingを行う injector用の1 3GH CW 300kW kl
ラー全面のprocessingを行う。injector用の1.3GHz
klystronを用いて行う。
stronを用いて行う・アークセンサの詳細study。
ERL検討会 (2012.7.17)-- モジュール組込用のfiberを用いたもの。３月末にアーク判定モジュールが納品。

2

Setup (coupler stand) for high power test
内導体はN2 gasで空冷：流量をモニター
cERL用main linac coupler test stand2011/12/24 H.Sakai (ver.1.0)
2012/1/26 H.Sakai (ver.1.1) arc sensor詳細追加。
2012/4/13 H.Sakai 熱電対追加+e-pick
Pin r
Pin_r

cool airgas in

43
22
hh
cc
tn
ui
or
i
ra
i
a
0
2
9h
1c
5 h
2 c
h 6
c 2
h
c

09
32
hh
cc
tn
ui
or
i
ra
i
a

Pout_r

N2 gasPout_f
n
i
F
R

t
u
o
F
R

cool airgas out

N2 gas

Pin_f

112

:
8
1
h
c

1
1
h
c

ピンクがアークセンサー。
茶色がpickup probe。
緑は熱電対配置：３０個

GG

メ ッキ 厚3 0 u m

D

60°

D

φ
±

φ±

D

D

25 D

メ ッキ 厚1 0 u m

7
h
c

D

0
1
h
c

1

IP2

0
4
5

2
G
2C
PC
I

1 26

10

粗排気

Arc2

7
.
9
1

2 1
1 1
h h
c c

メ ッキ 厚1 0 u m

6
h
c

3
k
c
i
p
e
72

1
2 k
c i
c
r
p
a F e

5
h
c

3
1
h
c

5
c
r
a
F

1

0
6

641.7

4
h
c

0
4

4
1
h
c

4
k
c
i
p
e

Arc1

0.1
3

950

Air ガス流 れ

メ ッキ 厚3 0 u m

成 型ベ ロー ズ (外 径 φ
φ3 5 , 内径 φ2 5 . 2 )ピ ッチ 2 .6 m m , 10 山 , ±±4 m m ( 久 世ベ ロ ーズ )

C -C

C -C
φ±

D
D

φ

±

メ ッキ 厚3 0 u m

5
1
h
c

35

ch27

0.1
3

IP1

1
.
0
2

0.1
3

5
7

6
1
h
c

0.1
3

2
k
c
i
p
1
12
c
er
1
22
a G
hh
cc
F1
PC 3
C
I
2
h h
c c

4
c
r
a
F
7 8
2 2
h h
c c

ch28

17.5

1
h
c

7
1
h
c

大気

5
.
2
5

9
.
5
5
1

WR650の内寸 法

701ERL検討会 (2012.7.17)

追加

0
2
*
2
1

3
c
r
a
F

83

171.2

5
.
2
5

0
8

8
h
c

9
h
c6
c
r
a
F

2
.
3
2

の長 穴

3

Setup (RF系, interlock)2Pf 2Pb

1Pf 1Pb

3Pf 3Pb
dummy load

couplerl
standt d
Directional
150kW
coupler
circulator(DC10)

Directional
coupler(DC07)

Interlock 用
MPS module

Directional
coupler(DC12)

interlock(MPS) variablettt
attenuator
Amp
300kW
Klystron

HV:35kVにset
Max 100kWくらいの出力。
最終的にHV：
38kVにset
Test standの前後に方向性結合器を置きpower(f,r)をモ
ニター

SG(1.3GHz)RF
switch
gate
FG

CW or
pulse

up/downmodule

ここで制御

Pulse対応のpower meter
2Pf
2Pb

ERL検討会 (2012.7.17)

FG pulse10us4Setup (monitor)

Ch1でtrigger

Oscillo ①
・ch1 Pf2(Pin_f)・ch2 Pb2(Pin_r)・ch3 Pf3(Pout_f)
・ch4
ch4 Pb3(PoutPb3(Pout_r)r)

Oscillo ②
・ch1 Pf2(Pin_f)・ch2 F-arc 1
・ch3 F-arc 2・ch4
ch4 F-arc3

Oscillo ④
・ch1
ch1 Pf2(PinPf2(Pin_f)f)・ch2 e-pick 1
・ch3 e-pick 2
・ch4 CCG1(warm)

Oscillo ⑤
・ch1 Pf2(Pin( _f))
・ch2 e-pick 3
・ch3 e-pick 4
・ch4 CCG2(cold)

オシロの信号の配置。

Oscillo ③
・ch1 Pf2(Pin_f)・ch2 F-arc 4
・ch3 F-arc 5・ch4
ch4 F-arc6

AUX ：MPS interlock
TTL signal

Data loggerのデータ
Data logger:・Pf1(CW)
・Pb1(CW)
・Pf2(Pin_f) (CW & pulse)
・Pb2(Pin_r) (CW&pulse)
・Pf3(Pout_f) (CW & pulse)
・Pb3(Pout_r) (CW&pulse)
・CCG1,2・温度(ch1-ch30)
・N2 gas flow (1,2)

1sでdataを取る。

OscilloO
ill ②’
・ch1 Pf2(Pin_f)・ch2 F-arc 1
・ch3 F-arc 2
・ch4 F-arc3

OscilloO
ill ③’
・ch1 Pf2(Pin_f)・ch2 F-arc 4
・ch3 F-arc 5
・ch4 F-arc6②’,③’はinterlockがかかった時のfiberの信号をmonitor。
それに対し ② ③は同じ信号だが 常時モニタ するため
それに対し、②,③は同じ信号だが、常時モニターするため
5に設置。それ以外はch1でtriggerをかけており、臨機応変
ERL検討会 (2012.7.17)にAUXのinterlockでtriggerをかける。

Klystron関係
冷却水

Interlock logic(power+温度＋真空＋arc)

300kW
Klystron

Local 制御ラック

温度

WE900
温度上限設定度
定はソフトで行う。

島田理化

ＴＴＬ（HIGH 異常)

MPS module

RF interlock
200W
AMP

ＴＴＬ（HIGH 異常)

Level反転ＴＴＬ（LOW異常)Arc sensor 1
Arc sensor 2

CCG 1
CCG 2

Arc interlock
moduleinterlock
module2つＴＴＬ（HIGH 異常)(Open異常)Fiber arc sensor関係
関係

ＴＴＬ（LOW異常)6つＴＴＬ（LOW 異常)

6つ

ＳＧ

RF
Switch(TTL low
open)
p )

reset

Arc sensor 1-6(fiber)（後述）

アークセンサー
モジュール

アーク判定
ERL検討会(2012.7.17)
モジュール

VSWR
meter
Power 関係

Pf1,Pf2,Pf3 (level)
Pb1,Pb2,Pf3 6

Setup写真(coupler test stand)

Warm窓（下流)

Doorknob（下流)D k b（上流)
Doorknob（上流)

上段真空排気部(warm)
Warm窓（上流)

CCG1
out

in

Warm窓（上流)

Warm窓（下流)

IP1

Cold窓（下流)
Cold窓（上流)

Cold窓（上流)

CCG2

Cold窓（下流)

IP2

結合導波管

(全体像、正面)

ERL検討会 (2012.7.17)

下段真空排気部(Cold)
CCG2はIP2の裏にある。

7

Amp

300kW dummy load

Setup写真(RF系統)
方向性結合器(DC12)

ERL検討会 (2012.7.17)
300kW Klystron & circulator8Cold部上流のmonitor配置

Setup写真 (arc,pickup)

Cold部下流のmonitor配置

E-pick1

fiber
F-arc2F-arc2Cold窓（上流)LED

E-pick3
Cold窓（下流)
窓（ 流Fiber arc センサー本体
E-pick2

E-pick4

arc1

arc2

Warm窓（下流)

Warm窓（上流)

F-arc1
F-arc4

Warm部のmonitor配置

F-arc3F
3（cold上流下） F-arc6
9
ERL検討会 (2012.7.17)(cold下流下
結合導波管下Setup写真(他モニター)

ドアノブ周辺（温度モニター、流量）

VSWR meterN2 gas

N2 gasSG

N2 gasの流量
メータ

ERL検討会 (2012.7.17)

全体

10

Typical なfiber arc sensorのsignal (１号機)

Fiber Arc sensor logic

Process時は早いpulseがたくさん来ることがわかった。それに対し、モジュール内のPMTがたまに宇宙線でhitするため、カウント数がN以上の時だけinterlockを出すようなlogicを新たに設けた。
新しく作成。
アークセンサーモジュール
Pulse、heightに対し,Threshold以上のものが出れ
ば、pulse2μsを出す。

MPS module

アーク判定
モジュール
Pulse数をあるwidth内でP
l 数をある idth内であるカウント数N以上がERL検討会 (2012.7.17)
くればTTLを出す。

ラッチ
モジュール
TTLが来るとラッチする。

11

宇宙線によるアークセンサーモジュール信号とcount数（2011年夏）
梅森さんのテストより
１号機のテストで宇宙線でarc sensorの信号がなることが分かったため、宇宙線からの信号をどれくらいの頻度でなるかをpulse heightに合わせてカウントした Fiber ありなしに関に合わせてカウントした。Fiber
係なくアークセンサーモジュールのgainでほぼ一定のカウントであった。
ア ク判別モジュ ルの導入へアーク判別モジュールの導入へ

Gain:8

宇宙線からの信号

ERL検討会 (2012.7.17)

0.1V以上のcountは1日1000回以上。

12

初期setup intelock(2012/4/26)

InterlockPowerのforwardのthresholdおよびアークのVth(gain)はpowerを上げ、processが進むにつれて変更していった。

CCG1 (warm): 1*10^-4Pa
CCG2 (cold) : 1*10^-4Pa
島田理化arc sensor①上流 紙１１枚（赤）紙１２枚（緑）②下流 紙１１枚（赤）紙１２枚（緑）

DC_f

power

DC_r

power

DC10

1Pf

20kW

1Pb

5kW

DC07

2Pf

20kW

2Pb

5kW

DC12

3Pf

20kW

3Pb

5kW

arc

アークセンサーモジュール

アーク判別モジュール

fiber

modulegain

Th設定値(Vth)N(pulse数)

Gate width

Over time

①

V 5
Ver5

8

0 1(0 05V)
0.1(0.05V)

3

100
100us

99 ‐>9us
99us
9

②

Ver5

8

0.1(0.05V)

3

100us

99us‐>9us

③

Ver5

8

0.02(0.01V)

3

100us

99us‐>9us
99us
>9us

④

Ver5

8

0.1(0.05V)

3

100us

99us‐>9us

⑤

Ver6

8

0.1(0.05V)

3

100us

99us‐>9us

⑥

Ver6

8

0.02(0.01V)

3

100us

99us‐>9us

温度 <６０℃ (WE900でsoftで制御)

ERL検討会 (2012.7.17)

13

Power test history(その１)80kW でduty 1/2でpulse幅1s程度を確保するため、10usで100kWを目指す。

• 2012/4/26 : 10us 5Hz process start
75kWまでno interlock(IL)(0.5h)IL work後arc signal 出る。
その後 process を進めながら27kWまで到達。 (1 hours)
その後、process• 2012/4/27： 10us 5Hz (10Hz) 27kW  40kWまで(3 hours)• 2012/4/30 : 10us 10Hz (40kW‐>60kW) (5h 15min)
10us 20Hz (60kW ‐> 70kW) (2h 30min)• 2012/5/1: 10us 20Hz (10Hz) (70kW ‐>> 85kW) (3h 25min)• 2012/5/2: 10us 10Hz (5Hz) (85kW ‐> 100kW) (6h 30min)

10us のpulse幅で100kWまで到達。
Totalの時間は21h 40min。
ERL検討会 (2012.7.17)

14

Power test history(その２)• 2012/5/7 :– 30us 5Hz (‐>100kW) (2h 10min)– 100us100 5Hz5H (15Hz)(15H ) (‐>102kW)( 102kW) (1h 50min)
50 i )->付きはprocess– 200us 10Hz (20Hz) (‐>105kW) (1h 20min)を行っている。
• 2012/5/9/ /– 500us 20Hz (‐>102kW) (1h 7min)– 2ms 5Hz (100kW) (1h 11min)
1s 0.5Hz 85kWまで– 10ms 5Hz (95kW) (1h 7min)pulse
pu
se opeoperationを継続。
at o を継続。
– 50ms 2Hz (92kW) (1h 4min)
10usから数えてpulseの– 200ms 1Hz (88kW) (1h 5min)process+operation時間
はTotalの時間は約時
約– 1s 0.5Hz (85kW) (1h 25min)
34hours 。
• 2012/5/11– CW (43kW) (4hours)
ERL検討会 (2012.7.17)

15

Power tests results (2012/4/26)

10us,5Hzにパワーをkeepしながら、power rise, VSWR meterのInterlockを上げながら、パワー上昇。75kWまでは真空のactivateはなし
75kWに到達した時点でarc⑥(cold下流)が反応、それ以降は20kWから
Arc信号が出始めた。真空も両方activate。
ERL検討会 (2012.7.17)
ちなみにPin_r/Pin_f = 0.02。これはlow level測定と割と合うか16

Typical data of fiber arc and e‐pick after interlock (2012/4/26)
Pin_f = 23kW

オシロ⑤

オシロ③’

下流

下流
f-arc⑥ (cold窓、真空cold)

CCG2 (Cold 真空)

N=3f-arc⑤(cold 窓、真空warm)

E-pick 4 (cold window)
E-pick 3 (warm window)

f-arc④(warm窓)

Pin_f

Pin_f

F-arc ⑤、⑥が反応、そのさいに⑤と関係するe-pick 4も信号が大きくなる。
もちろん、これに応じて真空も前々ページのように増大。（warm,Cold両方とも）
Fiberでarc interlockがかかった時は1us以下でpowerは落ちる。
ちなみにMPS moduleのこの時の設定は0.24usのdelay
ERL検討会 (2012.7.17)

Interlockとしては十分17

Power test results (2012/4/27) (10us, 5Hz ‐> 10Hz)

5Hz

10Hz

Arc senserのthresholdを上げながら、少しずつpower rise。（５１回のinterlock（fiber arc））。
この日は l で40kWまで P
この日はpulseで40kWまで。Power
漏れをハザ ドメ タで h k その際にP t fの漏れをハザードメータでcheck。その際にPout_fのケーブルが緩んでいたのを発見。全てもう一度checkし、Pout_f/Pin_f = 0.91となった。
18
ERL検討会 (2012.7.17)
これはカプラーをつなぐ前のthroughでの結果と近い値なので、正しい。他は問題なし。

Pin_f = 20ｋW
CCG1: 1.1*10^-6 Pa
CCG2: 5.5*10^-7 Pa

Fiber arc sensor signal level (2012/4/27) その１

青色: ch1 Pin_f
水色: ch2 f-arc①
桃色：ch3 f-arc②
緑色：ch4 ff-arc③
arc③

青色: ch1 Pin_f
水色: ch2 f-arc④
桃色：ch3 f-arc⑤
緑色：ch4 f-arc⑥⑥

終了直前でpower levelによるオシロのデータ取り。

オシロ② :

オシロ③((ほぼ)) No signalg
Pin_f = ３０ｋW
CCG1: 3.8*10^-6 Pa
CCG2: 5.1*10^-7 Pa

オシロ② :
F-arc 1-3

オシロ③
F-arc 4-6

ERL検討会 (2012.7.17)

同じく(ほぼ) No signal、前日よりはprocessが進んでいるようだ。

19

Pin_f = 35ｋW
CCG1: 9.2*10^-6 Pa
CCG2: 3.0*10^-6 Pa

オシ ② 上流
オシロ②

Fiber arc sensor signal level (2012/4/27) その２
オシロ③ 下流
f-arc③ (cold窓、真空cold)

f-arc⑥ (cold窓、真空cold)

f-arc②(cold(窓、真空warm))
f-arc①(warm窓)

Pi f
Pin_f

f-arc⑤(cold 窓、真空warm)
f-arc④(warm窓)

Pin_f

33kWあたりからarcの信号が出始める 35kWでは全部でている それに合わせ 真空も悪くなる
33kWあたりからarcの信号が出始める。35kWでは全部でている。それに合わせ、真空も悪くなる。
Pin_f = 40ｋW
CCG1: 1.4*10^-5 Pa
CCG2: 4.0*10^-6
4 0*10^ 6 Pa

オシロ③
F-arc
F
arc 4-646

オシロ② :F-arc
Farc 1-3
13
ERL検討会 (2012.7.17)

2040kWではarc信号がさらに大きくなる。40kWではこの状態で１０分keep出来ず、arc4でILがかかる。

Power test results (2012/4/30) (10us, 10Hz (20Hz))

20Hz
20Hz

10Hz

10Hz

Arc senserのthresholdを上げながら、少しずつpower
senserのthresholdを上げながら 少しずつpower riserise。
この日はpulseで40kW70kWまで.
ERL検討会 (2012.7.17)
真空は70kW,20Hz,10usで2*10^-5Pa

21

Arc sensorのオシロの様子(2012/4/30) (変化のあったものを抽出)
12:22
44.8kWf-arc③ (cold窓、真空cold)

13:55
44.2kWf-arc②(cold 窓、真空warm)

Pin_ff-arc①(warm窓)

オシロ②’
14:53
47 9kW
47.9kWf-arc①，②もprocessされたようだ。

途中でf-arc③がprocessされたようだ。
途中
③ p
う 。
15:12
49.9kW

Powerを上げるとf-arc①，②、③が復活した。
22
ERL検討会 (2012.7.17)

Arc sensor+pickupのオシロの様子(2012/4/30) (processの様子？)

オシロ④：上流

オシロ②：上流

CCG2 (Cold 真空)

f-arc③ (cold窓、真空cold)
E pick 1(cold window)
E-pickf-arc②(cold②窓 真空窓、真空warm)

E-pick 2 (warm window)

Pi f
Pin_f

f-arc①(warm窓)
①

Pin_f

立ち上がりより少し遅れて arc 信号が見え始めるようになった。

Arcに合わせて同じ所を見ているepickの信号の最初がflatになっている。

Arcが出始めるのが遅くなってくる様子が見られている。
ERL検討会 (2012.7.17)

23

Power test results (2012/5/1) (10us, 20Hz(‐>10Hz)) Cold部の反応が大きくなる。

Arc senserのthresholdを上げながら、少しずつpower rise。
この日はpulseで70kW85kWまで.
真空は80kW以降でぼこぼこ出始めた。そのため、power
ぼ ぼ
riseをゆっくりに
また20Hz->10Hzにした。(2.5Kw/hour)のpower riseでprocess
ERL検討会 (2012.7.17)24

オシロの様子(2012/5/1) (cold真空)82.6kW

落ちる前にe-pick4は常に反応。
83.4kW

CCG2 ((Cold 真
真空))

I.L

オシロ⑤
E-pick 4 (cold window)

CCG2 (Cold 真空)

オシロ⑤

E-pick 4 (cold window)
E-pick 3 (warm window)

E pick 3 (warm window)
E-pick

Pin_f

Pin_f

80kW以上でのCCG2 (Cold2)の真空の反応。定常的に上昇(Cold2)の真空の反応 定常的に上昇するわけでなく、突発的に真空が上昇する傾向が見られた。

上に同期したarc singnal
Pin_f

オシロ①

f-arc⑥ (cold窓、真空cold)

オシロ③’

Pin_r

f-arc⑤(cold 窓、真空warm)

Pout_ff-arc④(warm窓)
Pout_r

Pin_f
ERL検討会 (2012.7.17)

Interlockがかかった時に、Pin_rで反射が増加する様子が見られるようになった。危険？

25

Power test results (2012/5/2) (10us, 10Hz‐>5Hz)

5Hz
10Hz

Arc senserのthresholdを上げながら、少しずつpower rise。
85kWまでは前日processしたのでスムーズにincrease.
真空は8５kW以降で前回同様ぼこぼこ出始めた power riseをゆっくりに
真空は8５kW以降で前回同様ぼこぼこ出始めた。power
また10Hz->5Hzにした。(2.5Kw/hour)のpower riseでprocess。100kWに到達。
26
ERL検討会 (2012.7.17)
その後30分程度keep。その時はpowerは落ちなかった。

オシロの様子(2012/5/2) (cold真空＋arc)
90.7kW
オシロ⑤

CCG2 (Cold 真空)

I.L
Arc⑥

落ちる前にe-pick4は常に反応。
83.4kW
オシロ②
オシロ②’

f-arc③③ ((cold窓、真空cold)、真)f-arc②(cold 窓、真空warm)
f-arc①(warm窓)

オシロ⑤
Pin_f

E pick 3 (warm window)
E-pick

E-pick 4 (cold window)

Pin_f

オシロ③’

I.L

Pin_f

f-arc⑥ (cold窓、真空cold)
f arc⑤(cold 窓、真空warm)
f-arc⑤(cold
窓 真空warm)

オシロ①

Pin_r

Pin_f

Pout f
Pout_ff-arc④(warm窓)

Pout_r

前日同様Interlockがかかった時に、Pin_rで27
ERL検討会 (2012.7.17)
反射が増加する様子が見られる。

2012/5/7 history• 13:54 power on (10us,5Hz)

Enlarge pulse width

島田理化arc①，②を外しfiber
島
理化 ① ②を外arc ③,⑥を外した場所に付ける。
③ ⑥を外 た場所 付ける
同じpower level (90kW)で光量の大きさ比較。 ***• 15:08 process start (30us,5Hz)(30us 5Hz)
• 15:06 arc3の動作不良 ver5ver6• 17:01
17 01 100kW到達– Powerをもう一度上げ直す。Processしているようだ。

•
•
•
•
•
•

17:15 30us終了
17:17 process start (100us,5Hz)
17:57 102kW到達,102kW到達 5Hz  15Hz 1hour keep
19:07 100us終了
19:11 process start (200us,10Hz)(200us 10Hz)
19:17 105kW到達, 10Hz  20Hz 1hour keep
– N2 を内導体に流す。Flow1,2を内導体に流す Flow1 2 : 30l/min• 20:29 200us終了

Fiber arc sensorのthresholdを上げながらげながらpowerをを増やしていく。

Total
62回のinterlock
28

ERL検討会 (2012.7.17)

200us,20Hzで105kWまで到達。ここがmax

Fiber arc③、⑥のつけなおし (2012/5/7)

島田理化のアークセンサがあった場所にfiber アーク③、⑥をもってきた。
アーク③ ⑥をもってきた
90kWのパワーでのarc信号を見た所、Cold窓の正面の場所に対し、arcの信ERL検討会 (2012.7.17)
号は３倍も大きくなった。発光源はやはりセラミックの近くであると予想される。

29

Power test results (2012/5/7) (10us,30us,100us,200us)
30us
5Hz

100us
100us
15Hz
5Hz

200us
20Hz

Cold側process

10us
5Hz

100kWまで到達したので、ようやくpulse幅を30us以上にchange。但し、100kWにkeepする
ときにまだprocessがすすむようにすこしずつpowerを増やしていった。それで30き ま p
すすむよう すず pを増や
。それ>100200usとパルスはばを増やしていった。あと、後半はHz数を増やし真空を10^-4Pa
30近くにして、processが進むようにした。後半ではColdからのarcは無くなった。あと、最後にERL検討会 (2012.7.17)
はwarmからのarcもなくなり、全部がなくなったようだ。

Arc sensorのオシロの様子(2012/5/7) (30us 5Hz, processの様子)が出始める が くな
くる
Arcが出始めるのが遅くなってくる様子が見られている。Processが進んでいるようすがわかる。

オシロ③：下流
75-76kW
Pin_ff-arc⑥⑥ (cold窓、真空cold)
窓 真空
f-arc⑤(cold 窓、真空warm)
f-arc④(warm窓)

立ち上がりより少し遅れて arc 信号① ② ③が見え始める①、②、③が見え始める。
オシロ②：上流

立ち上がりより少し遅れて arc 信号⑤、⑥が見え始めるようになった。
⑤
⑥

83kW

f-arc③ (cold窓、真空cold)

Pin_f
_

f-arc②(cold 窓、真空warm)

f-arc①(warm窓)

10usではf-arc⑤，⑥はsignalが出ていないがそれより後でarcの反応があることがここからわかる。
Pulse widthを伸ばすとprocessの履歴のlevelが少し下がる。
履歴が少し がるこのpulseを伸ばしてなおかつarc
ERL検討会 (2012.7.17)の信号を消すことが重要。

31

104.3kW

Arc sensorのオシロの様子(2012/5/7) (200us 20Hz, finalの様子)

オシロ②：上流

f-arc③ (cold窓、真空cold)

オシロ③：下流
f-arc⑥ (cold窓、真空cold)

f-arc②(cold 窓、真空warm)

Pin_ff-arc⑤(cold⑤(窓、真空warm))
窓、真空f-arc①(warm窓)

Pin_f

オシロ④

f-arc④(warm窓)

オシロ⑤
E-pickなし

E-pickなし

最終的にarcのsignal及びe-pickのsignalはprocessされて無くなった。
ERL検討会 (2012.7.17)
但し、powerの変動で出てくる可能性はあり。

32

•
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•
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•
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•
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•
•
•
•
•
•

11:45 N2 flow 1,2 30l/min
2012/5/9 history
11:46 process start (500us,20Hz) 102kW keep
Fiber arc sensorのthresholdを上
12:53 500us終了
げながらpowerを
14:24 外部空冷追加 (Fan)
増やしていく。
14:26 power rise start (2ms,5Hz)(duty 1%)
ここからはFiber
15:15 2ms終了 (100kW keep)
arc sensorのthresholdは低め
15:16 power rise start (10ms,5Hz)(duty 5%)にして、どのlevel
15:19 N2 flow 1,2 120l/min (cERLの設定値)のpowerがarcで落ちないかを
16:23 10ms終了(95kW keep)
pulseを伸ばしながら確かめる。
16:26 power rise start (50ms,2Hz)(duty 10%)
17:30 50ms終了 (92kW keep)
Enlarge pulse width
17:31 power rise start (200ms,1Hz)(duty 20%)
p longg time& keepstability
18:36 200ms終了 (88kW keep)
18:37 power rise start (1s,0.5Hz)(duty 50%)
Total
ota
62回のinterlock
33
20:02 1s終了 (85kW keep) (1hour) power off
ERL検討会 (2012.7.17)
80kW duty 50%で1hour keep
21:40 Fan off, N2 flow off

外部空冷(2012/5/9)(/ / )流石にdutyが高くなると外も冷却が必要。モジュール時は液体窒素がその役割。
34
ERL検討会 (2012.7.17)
念のためだが、１号機で熱負荷テストでその温度上昇も問題ないことは確認している。

Power test results (2012/5/9)
10ms
5Hz

0.5ms
20Hz

50ms
2Hz

200ms
1Hz

1 0 5H
1s,0.5Hz

2ms
5Hz

Pulse幅をさらに増やしていった。またこの日はprocessより、メインはkeep可能なfieldP
l 幅をさらに増やしてい た またこの日はより メインはk可能なfi ldを探すことに専念した。最後は1s 0.5Hz(duty 50%)で１時間keep可能でした。
35
ERL検討会 (2012.7.17)
Warm部の真空はまだ温度上昇に合わせてまだ上がっているようである。

Power test results (2012/5/9) (temperature inner)

温度上昇は内導体が一番多く、80℃、問題なし。
ERL検討会 (2012.7.17)

36

Power test results (2012/5/9) (temperature outer)

外導体はCold窓、40℃、問題なし。但し、上昇傾向。
ERL検討会 (2012.7.17)

37

Process終了後のアークセンサーthreshold変更値(2012/5/9)500us, 20Hz 102kW process終了後のアークセンサーモジュールの設定値

2ms 5Hzでのpower keep test前のアークセンサーモジュールの設定変更値

arc

アークセンサーモジュールarc

アークセンサーモジュール

fiber

module gain

Th設定値

fiber

module

gain

Th設定値

①

Ver5

8

3.8

①

Ver5

8

1.0

②

Ver5

7.3

5.5

②

Ver5

8

1.0

③

Ver6

74
7.4

90
9.0

③

Ver56

8

10
1.0

④

Ver5

7.3

8.0

④

Ver5

8

1.0

⑤

Ver6

6.7

5.2

⑤

Ver6

8

1.0

⑥

Ver6

5.8

5.5

⑥

Ver6

8

1.0

初期値からここまで上がった。ばらばら

設定を低めで同じにした。

Gainは0.7増えることに２倍程度のsignalの違いがある。
Th設定値は設定電圧の倍の値。
基本的には全て同じthresholdにして、低い値でarcがひっかかるような設定にした。但し、基本的には全て同じthresholdにして低い値でarcがひっかかるような設定にした 但し
初期値ほどちいさくせず（理由は宇宙線がたまにひっかかる）thは1.0にとどめた。Gain の
ERL検討会 (2012.7.17)
設定値は高めの初期値に戻した。これでpower
keep時でもarcの反応があるか見る。 38

Typical fiber arc signal when IL was occurred (2012/5/9)
例１)Pin_f = 97.5kW (5Hz, 10ms)
オシロ③’：下流

例２)Pin_f = 88.0kW (1Hz, 200ms)

f-arc⑥ (cold窓、真空cold)

オシロ②‘：上流

f-arc③ (cold窓、真空cold)
f-arc②(cold 窓、真空warm)

f-arc⑤(cold 窓、真空warm)

f-arc①(warm窓)①
窓
f-arc④(warm窓)

Pin f
Pin_f

Pin_f

I.L

Pin_f

これらを落としてくれている。

E-pick 2 (cold window)

オシロ①

Pin_r

E-pick 1 (warm window)

Pout_f
CCG1(warm 真空)
Pout_r6.68ms後にIL。F-arc④が反応。
Powerの反射には影響なし。

159.6ms後にIL。Arc②が反応すると同時に39
e-pick2が反応。Electronの成長が見られる。

ERL検討会 (2012.7.17)

Pulse2Hz 50ms

CW

power test results (2012/5/11)
Pulse
2Hz 50ms

CW

温度上昇によるMatchingの影響でpin_rが下がる。

最初にpulse でprocessがされているか確認を行う。87kWまで上げる。問題なし。次にCWにかえ、熱負荷テスト及び長期安定テスト。43kW CWで４時間keep可能であった。特に真空の上昇が気にな たが armで14 30に6 7*10^ 5Paを最高にそこから減少していく傾向
空の上昇が気になったがwarmで14:30に6.7*10^-5Paを最高にそこから減少していく傾向が見られた。Coldも1.1*10^-5Paがmax。その後、50kW（N2 150l/min)にtryしたが、20分
ERL検討会(2012.7.17)
後にwarm部が1.0*10^-4Paを超え、vacinterlockでdown。それで終了とした。
40

Power test results (2012/5/11) (temperature inner)

温度上昇は内導体が一番多く、80℃、問題なし。
温度は内導体の風冷のおかげで３０分くらいでサチる
温度は内導体の風冷のおかげで３０分くらいでサチる。
50kW上昇時には150l/minのN２を流したところ、温度上昇は問題なし。
ERL検討会 (2012.7.17)
外部空冷をきっちりやれば50kWも可能ではないか？？

41

Power test results (2012/5/11) (temperature outer)

外導体はCold窓、40℃、問題なし。温度も安定した。
ERL検討会 (2012.7.17)

42

（考察) Coupler Conditioning time (vs Cornell injector)
By Vadim Veshcherevich
60

Average : 40hours

Processing Time for
Couplers of Cornell ERL
Injector Cavities (up to 25
kW SW per two Couplers):

Cavity #2
Cavity #3

50

Cavity #4
Cavity #5

Processing Time, hhours

Cornell inejctorに用いるカプラーの空洞につけた５台の空洞についた２つずつのカプラーのそれぞれのprocesstime。(peak(pppowerが25kW SWなので我々の100kW TWに匹敵)。

Cavity #1

40

Pulse process
34hours
我々の結果

30

20

10

0

我々の結果はpulse
processだけ載せるが、そこまで時間がかかっているようには見えない。むしろ、慎重にやった感じが見受けれらる。

Cavities

ERL検討会 (2012.7.17)

43

Leak check after power test
in clean room(2012/5/24)
He

Leak detector

ターボ
タ
ボ

He leak detecror : warm時 9.7*10^-11 Pa m^3 /s,
ERL検討会 (2012.7.17)
cold 時 1.0*10^-10 Pa m^3 /s

O.K
保管

Warm部にはHe部にはをかける。Cold部にはHeを入れてwarmとColdの間をleak detectorにつなぐ。
44

Summary
•

•

•

•

•
•
•
•

Pulse processを行い、pulseで最大105kW(20Hz,200us)に到達。ここから
p
を行 、p
最
(
,
) 到 。
pulse幅を伸ばして1s,0.5Hzのpulse運転にて85kWのpower levelを１時間keep可能であった。
CW運転では主に熱負荷のcheckのため 43kWまでpowerを投入し 内外
CW運転では主に熱負荷のcheckのため、43kWまでpowerを投入し、内外冷却下で4hoursをkeepした。但し、53kWでは空冷が及ばず、20分後に真空のinterlockでkeepできなかった。
Fiber arc sensorによるinterlockがモジュールの改良により的確に反応するようになった。特に宇宙線によるdummyのinterlockは数日の放置下でもなく、arcの反応時にのみfiber arcがinterlockをかけるようになった。
安全サイドでThを少しずつ上げながらprocessを進める方法は時間がか
かるが、processを安全に進めるには効果的であった。クライオモジュー
ルでのprocess時にもこのmethodは採用した方がよいと思われる。
ルでのprocess時にもこのmethodは採用した方がよいと思われる
Fiber interlockの反応速度は<1usであり、cERLに十分な仕様であった。
Fiber arcによりprocessする様子がより可視化可能であった。
p
Totalのprocess時間は34時間。80kW以上でのprocessに時間がかかった。真空のはねが原因だが、この理由は不明。
パワ テスト後も窓の割れ無し  ERL用モジ
パワーテスト後も窓の割れ無し。cERL用モジュールへの組込へ
ルへの組込へ
ERL検討会 (2012.7.17)45

謝辞• RF standについて：
加古様、野口様、三浦様、竹中様、中島様• アークセンサーについて：矢野様

ERL検討会 (2012.7.17)

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