Cバ ン ド チ ョ ー ク モ ー ド 型 加 速 管 の 製 作三浦 禎雄1,A)、松本 浩B) 、新竹 積C) 、稲垣 隆宏C)A)
三菱重工株式会社 プラント・交通システム事業センター 〒729-0393 広島県三原市糸崎町5007番地
B)‫ݗ‬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
C)
理化学研究所、SPring-8播磨研究所 〒679-5148 兵庫県佐用郡三日月町光ற1-1-1

概要
今回、我 々は、 理研殿 SASE-FEL向け C バン ド
チョークモード型加速管を製作した。本加速管は、運転周波数5712MHz、空胴数89+2カプラーセル、τ=0.53、tF=296ns 、加速 モード3π/4 モード、全 ସ1.8mの準定஢場勾配型進行波加速管で、レギュラーセルはチョーク型構造、カプラー空胴はJ 型2開口型である。MHIでは1998年に既に本タイプの加速管を஢鋳法にて製作したが、今回はろう付によって接合した。ろう付け組立後の低レベルRF測定結果は、中心周波数f0=5712.102MHzで、入出力VSWR1.06、累積移相誤差2乗平均√Σθi2/91=3.1degであった。本加速管は2003年夏より、理研播磨研究所にて‫ݗ‬஢界ࠟ験の予定である。

１．はじめにチョークモード型加速構造は、1992年にKEK（現理研）新竹主任研究員により提案 [1] されたもので、
図1.に示すように、加速空洞、チョークフィルター、‫ݗ‬調波吸収൉から成る。f=5712MHzの加速周波数はチョークフィルターにより加速空洞内൉に閉じ込められ、一方、ビームが誘֬する帯域の広い‫ݗ‬調波はフィルターを通り抜け、加速空洞外周に০置されたSiC஢磁波吸収体に吸収される。このため、先行するビームが誘֬する‫ݗ‬調波により、後続のビームが影‫؜‬を受けないため、低エミッタンスのビームを安定に加速できるという特徴を持つ。
本構造の加速管は、1998年に既に஢鋳法にて三菱

図1：チョーク型加速構造
1E-mail: sadao_miura@mhi.co.jp

重工名古屋航空宇宙システム製作所で製作され[2] 、SLACのASSETにおけるビームࠟ験で、ビームの誘֬する‫ݗ‬調波の減衰が仕様通りであることが確認された[3]。このࠟ験では、০‫ڐ‬仕様以内の大きさではあったが、20~25GHzに予想外の振動が観測された。
この原因は主に開発途中でシャントインピーダンスの向上をねらい、ディスク厚を4mmから3mmへと変更したことにより、‫ݗ‬調波の一൉が空胴内൉にトラップされたためであることが、後の調査で判明した。০‫ڐ‬段階のコンピュータシミュレーションでは、モデルのディスク枚数を制限したために、ビームパイプにパワーが௣げていたようである。
今回、我々は、この問題をӕ決するために、ディスク厚を元の4mm へと戻し、さらに加速管の接合方法をろう付けによって製作した。ろう付け方法は‫ݗ‬
温で処理されるため、஢鋳法に比べて加速管本体（無酸素௷HIP 材）の機械強度が低くなり、また接合時の変形も大きいとされているが、製作が容易で、あらかじめ個々のセルに冷却水路を加工しておくことができるので、任意に水路を০定できる利点がある。図1に示すように、水路はセル外縁に8本০置し、加速管ࡃ方向の温度差を低減するために、༄り合う水路流れ方向を逆向き（カウンターフロー）となるように০‫ڐ‬した。

２．加速管の০‫ڐ‬
ディスクの厚t を3mm から4mmへと戻したため、加速管セル2a,2b寸法を、superfishを用いて再‫ڐ‬算し、
τ=0.53、quasi-C.G.となるように加速管の基本パラメーターを決定した。これ
を、旧০‫（ڐ‬t=3mm ）、と合わせて表1に示す。ディスク厚t を厚くしたために、ややQが劣化し、シャントインピーダンスがさがっていることがわかるが、本使用では問題にならない。
さらに、MAFIAを用いて‫ݗ‬調波吸収൉の最適化০‫ڐ‬も行った。図2. に最適化した時の‫ݗ‬調波減衰状況を、
旧০‫ڐ‬と合わせて示した。
明らかに今回の০‫ڐ‬の方が急速に‫ݗ‬調波が収束していることがわかる。

表1：加速管パラメーター
旧০‫ڐ‬新০‫ ڐ‬実機測定値
周波数(MHz)57125712.109

あたり、新たになった点について以下に述べる。

加速¨ ³3ÉŒ/4-

加速勾配

Quasi- C.G.

-

空洞数89+2coupler cell-

実効加速ସ
2a径 上流側
下流側
2b径 上流側
下流側

1791mm
17.4mm
17.3mm
12.5mm
13.6mm
45.3mm
45.7mm
43.3mm44.0mm-

加速管をろう付けで接合するにあたり、SiCの保持方法を変更する必要があった。஢鋳法で製作した
時は、SiCの保持にはMulti-Contact社のMC-Multilam（材ࡐ：Be-Cu）を使用したが、ろう付けされるとఫ化してしまい、これは使用できない。今回我々は線径φ0.4mm、巻径3mmのタングステンばねによってSiCを保持する方法をとった。（図3）ばねつぶし
代0.3mmでSiCの保持力は約10kgfで、供ࠟ体でろうディスク厚t3mm-Q
群速度²² ´ ³²τ4mm

10700~ 10200~9900 平均10700
10300
0.035c~0.031c~
平均0.019c
0.012c0.013c53.0~
49.3~
67.3MÉ∂/ 60.0MÉ∂/mm
0.53
0.52

今回の০‫ڐ‬Diskthicknesst=4mm

trasversewakefield(V/pc/mm/m)

scalex1/10

3.2""ろう付けによる周波数変化

50-5-10
0

0.5

1

1.5

2

1.52s(m)旧০‫ڐ‬Diskthicknesst=3mm

15

trasversewakefield(V/pc/mm/m)

タングステンばね付けによって保持力が低下しないことを確認した。
図3：タングステンばね装着状況

15103.1""SiCの保持

scalex1/10

1050-5-1000.51s(m)¡}­²³¦

286ns296ns
図2：‫ݗ‬調波減衰状況

309ns

３．加速管の製作
加速管セルは図1に示したように水路一体型で外径φ154mm、セルସ19.682mm で、材ࡐは無酸素௷
Class-1をHIP 処理したものを使用した。内面はଵ精密旋盤にて‫؛‬面加工を行った。基本的な製作方法は
文献[1]と変わりないが、今回ろう付けで接合するに一般に、ろう付け加速管は、空洞内径をやや大きめに製作しておき、ろう付け後に、外൉からロッド等にて空洞内壁を変形させ、周波数を調整する手法をとる。しかしながら、チョークモード型加速管では構造的にこの方式をとることはできない。従って、ろう付け前後での周波数変化を正確に把握しておく必要がある。このため、2a、2b径の異なる4種་の6セルCI管（基準空洞）を製作し、3π/4モード共振周波数を5712MHz 100kHzに調整した後、ろう付け前後の周波数測定を行った。4種་のCI管ディメン
ジョンはちょうど加速管最上流側、最下流側及び中間൉分2点と等しくとり、実機加速管をろう付けする時にかかる荷重と等しい荷重をかけてろう付けした
図4に印可荷重に対する、3π/4モード周波数変化量のグラフを示す。印可荷重の最も軽いType A（最上流側）の場合が最も周波数変化量が小さく、印可荷重125kgのType C の時にピーク値340kHzとなり、さらに印可荷重の大きいType D（最下流側）では逆に周波数変化量は少なくなることがわかる。
ろう付け前に、各セルの周波数を5712MHzに対して0.3MHz低い5711.7MHzに合わせ、ろう付けした時、図4に従って、各セルの周波数が変化したとした時の、ビームのRF位相からのずれを図5‫ݪ‬線でプロットした。セルの累積位相は加速管全体に渡ってほとんど変化無いことが予想された。

実機ろう付け後での、ビーズ法にて測定した移相グラフ を図 6に 示す 。ろう 付け 前は 中心 周波 数
f=5711.655MHzに合わせた。ろう付け後の中心周波数はf=5712.109MHzと予想よりやや大きく、やや移相が流れたが、運転温度を約1度上げることで対処する 。 ろう 付 け 後の 累 積移 相 誤 差2 乗 平 均√Σθi2/91=3.1degであった。

周波数変化(MHz)ろう付前後での周波数変化
0.400
上流側
0.300

下流側

0.200
0.100
0.000
050

100

150200

ろう付け時の印可荷重(kg)

図4:ろう付前後での周波数変化

3.3††カプラーの調整
前回の製作時と同様に、本加速管のカプラーは、カプラー空洞൉での஢磁場対象性を良くするため、KEK松本助教授の考案したJ型2開口型である。
進行波加速管のカプラーの調整にはR.L.kyle[4]の方法がよく使用される。この方法はカプラー空洞の移相調整とカップリング調整をそれぞれ独立に調整することができるために、೪常に調整しやすい方法であるが、本加速管のようにカプラーセルとレギュラーセルのR/Qが大きく異なる場合には、目標カプラー空洞周波数が狂ってしまうために、そのままでは適用できない。等価回路ӕ析により、カプラーセ
ル及びレギュラーセルのR/Qから目標カプラー空洞周波数を算出することもできるが、R/Qの‫ڐ‬算精度から、VSWR1.05以下となる周波数精度（上流側2.5MHｚ、下流側1MHｚ）を得ることができない。
このため、今回、我々は、基準空洞を利用した変形kyle法という調整手法を開発し、この方法でカプラーの調整を行った。カプラー調整後の加速管入出力VSWR は図7、8に示す。中心周波数でVSWR 約1.06が得られた。

累積移相誤差(deg)

ビーム位相とRF移相とのずれ
531

図7：加速管入力VSWR

-1

Enegy
gain:99.99％-3-5020406080

100

セルNo.

図5：ろう付け前に周波数f=5711.7MHzに合わせた
時の、ろう付け後移相予想

４．まとめ

移相誤差θ(deg)Cバンドチョークモード型加速管移相誤差（1号機）
20151050-5-10-15-20

本加速管は2003年夏より、理研播磨研究所にて‫ݗ‬஢界ࠟ験予定である。

中心周波数：5712.109MHz0204060

図8：加速管出力VSWR80

®No.

図6：加速管累積移相誤差100

参考文献[1] T.Shintake. “The Chork Mode Cavity”,Jpn. J. Appl.
Phys. Vol. 31 (1992) pp.L1567-L1570, Part2, No.11A,
1 Nov. 1992
[2] H. Matsumoto et al. “Fabrication of the C-band(5712MHz) Choke-Mode Type Damping Accelerating
thStructure”, Proceedings of the 24 Linear Accelerator
Meeting in Japan[3] T.Shintake et al. “The First Wakefield Test on the ChokeMode Accelerating Structure”,Proceedings of the PAC‘9 9[4] E. Westbrook, “Microwave Impedance Matching of Feed
Waveguides to the Disk-Loaded Accelerator Structure
Operating in the 2π /3 Mode”, SLAC-TN-63-103.1963.