Proceedings of the 1st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japanand the 29th Linear Accelerator Meeting in Japan (August 4 - 6, 2004, Funabashi Japan)

PPM klystron operation in GLCTA
T.Saeki1,A), M.Akemoto A), T.Shidara A), T.Suehara C), N.Terunuma A), S.Tokumoto A), H.Nakajima A), H.Hayano A),
T.Higo A), S.Fukuda A), H.Honma A), S.Matsumoto A), M.Yoshida A), K.WatanabeB)
A)
High Energy Accelerator Research Organization
1-1 Ooho, Tsukuba-shi, Ibaragi-ken, 305-0801, JAPANB)
Faculty of Engineering, Tohoku Gakuin University
1-13-1 Chuo, Tagajyo-shi, Miyagi-ken, 985-8537, JAPANC)
School of science, The University of Tokyo
7-3-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo, 113-0033, JAPANAbstract
High-gradient tests of X-band accelerator structure have been done with two solenoidal-type klystrons at Global
Linear Collider Test Accelerator (GLCTA) facility in High Energy Accelerator Research Organization (KEK). In theGLCTA facility, a PPM-type klystron was installed and has been operated with dummy load from this April. In thisarticle, the installation and the status of the PPM-type klystron operations are presented.

GLCTAにおけるPPMクライストロンの運転
１．はじめに
高 エ ネ ル ギ ー 加 速 器 研 究 機 構 (KEK) で は 、Accelerator Test Facility (ATF) 施 設 に 併 設 し て 、Global Linear Collider Test Accelerator (GLCTA)施設を３年で整備する計画を実施中である。このGLCTA施設では、２００３年末から大電力パルス・モジュ
レーター電源により２本のソレノイド型Xバンド・クライストロンをドライブし、Xバンド加速管の高電界試験を行っている。さらに、今年度末までに２本のPPM型クライストロンを増設し、そのRF出力を大電力高周波パルス圧縮装置SLED-IIにより圧縮し、Xバンド加速管に入力する試験を予定している。
また、最終的には、ATFからのビームをGLCTA施設の８本のXバンド加速管に送り、ビーム加速試験まで行う予定である（文献[1]）。
この発表では、この４月から１本の周期構造永久磁石収束型（PPM型）クライストロンと新しい大電力パルス・モジュレーター電源を増設して運転を行った状況を報告する。

図１ ATFにおけるGLCTA計画のレイアウト

CAMAC Cont.
for Modulator& RF Control

1Water Header

DC PS

MOD #1

Water Header

MOD #2

Kly #2

MOD #4

Kly#5
Low Level

Kly #1

Control
Water Header
Water Header

Kly #4Focus P/S
AC Breaker Box
420V, 200V, 100V

Computer
Control

Kly #6Focus P/S

Local
Control
Room

２．GLCTA施設のレイアウト
図１に、アセンブリホール内におけるGLCTA施設のレイアウトと、GLCTA計画の全容を示した。
図の中央上にGLCTA施設があり、右端にはATFのダンピング・リング、下にはライナックがみえる。
中央の水色の枠がXバンド加速管ユニットを覆うシールドで、その上に見える２つの赤丸が、Xバン
ド加速管に使用している２本のソレノイド型クライストロンである。
図２に、GLCTA部分のレイアウトの拡大を示し

Low Level
Control
Low Level
Control

Low Level
Control

MOD #3
Kly #3
SLED II
WaveguideControlPower Supply Panel

SLED II
X-band Structure

図２ GLCTA施設

た。中央に２つの赤丸で描かれた２本のソレノイド型クライストロンがある。これらは、それぞれ１号ステーション、２号ステーションと呼ばれており、

E-mail: Takayuki.Saeki@kek.jp290Proceedings of the 1st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japanand the 29th Linear Accelerator Meeting in Japan (August 4 - 6, 2004, Funabashi Japan)

そのRF出力は導波管によりシールド内のXバンド加速管に送られ、高電界試験が行われている。
その右横に、小さい赤丸で描かれているのが、この４月から増設したPPM型クライストロンである。
これは、２本のクライストロンが挿入可能なタンクに設置されており、１本は未挿入の状態であり、白丸でそれが示されている。このタンクの右に接続されているのが、大電力パルス・モジュレーター電源で、図中では緑の長方形に「MOD #3」として示してある。このタンクと電源の組を３号ステーションと呼んでいる。３号ステーションのパルストランス
昇圧比は1:24で、クライストロンへの最大印加電圧は550kVである。３号ステーションに関するより詳
しいパラメーターは文献[2]を参照されたい。３号ス
テーションのPPM型クライストロンのRF出力は、ダミーロードに接続された状態で運転を行った。

図４は、３号ステーションに設置されたPPM型５号機の写真である。３つの赤い箱は、RF出力窓の内側の真空を保つイオンポンプである。その下にある白色の門形サポートに載っている２つの青い箱がRF出力窓の外側の導波管の真空を保つイオンポンプである。その下のサポート内側に、２本のダミーロードが固定されている。
PPM型クライストロンは、収束用のソレノイドがないため、X線の発生量が多い。クライストロンの電圧を500kVとすると、最大800‑900keVのX線が発生する。このため、コレクターと本体の周りを、それぞれ厚さ100mmと50mmの鉛シールドで覆った。

３．３号ステーションの設置
図３に３号ステーションの設置作業の進展状況を示した。４月の前半から、パルス・モジュレーター電源の設置（参考文献[3]）と同時に、パルス・モジュレーター電源のダミー抵抗による試験運転を行った。このパルス・モジュレーター電源は、東芝のインバーター電源を２台使用して、１台のPFNの図４ ３号ステーションに挿入されたPPM５号クライストロン充電を行い、サイラトロン・スイッチにより充電電荷をクライストロン用の昇圧トランスに送り込む。
４月の後半から、クライストロン用昇圧トランスを含む高圧配線が収められたオイルタンクの設置と、 ５．PPM型５号機クライストロンの運転タンクへのPPM型クライストロンの挿入・設置を
図３にあるように、PPM型５号機クライストロン行った。続いて、５月の初めにはインターロック配のダイオード・モード運転を開始した後、パルス・線、低圧配線、冷却水配管などを完了した。５月半
モジュレーター電源の出力波形を平坦化するため、
ばに、クライストロンの出力導波管とダミーロードPFNのインダクタンス値の調整を行った。図５に、の接続を終わると同時に、ダイオード・モードでクPFN調整前と調整後のパルス・モジュレーター電源
ライストロンの運転を開始した。の出力波形を示す。
２００４年
４月

５月

３号ステーション
オイルタンク設置
High Voltage 配線

３号ステーション
モジュレーター設置

６月

出力導波管
ダミーロード接続

ITRP
5/25,26

インターロック配線
Low Voltage 配線
冷却水配管

Remote control
運転開始

ダイオード運転開始

Vk=506kV運転達成

クライストロン運転
RF運転開始モジュレーター

インバーター２台、PFN調整
98pps, Vpfn=25kV運転達成

RFエージングRFエージング開始
50pps
RF width=50ns->1.4us
RF power=30MW

150pps, Vpfn=35kV
運転達成
インバーター４台に増設150pps, Vpfn=25kV
運転達成(a) PFN調整前の電圧波形

50pps
RF width=1.4us->1.6us
RF power = 45 MW

図３ ３号ステーション(PPM５号クライストロン)の設置と運転

４．PPM型クライストロン
XバンドのPPM型クライストロン（文献[4]）は、これまで５種類の型が製作されており、それぞれ順番に、PPM型１号機から５号機と呼ばれている。今回、GLCTAの３号ステーションに使用されたのは、PPM型５号機である。

(b) PFN調整後の電圧波形

図５ PFN調整前後の電圧波形

さらに、パルス・モジュレーター電源の繰り返し回数の限界性能をテストした。その結果、PFNでの充電電圧値：Vpfn=25kVで、98ppsの繰り返し回数を達成した。次に、クライストロンにRF入力を行い、徐々にRF出力導波管とダミーロードのエージングを開始し、５月の終わりには、繰り返し回数50pps、RFパルス幅1.4us、RF出力パワー30MWを達成した。
５月２５日、２６日には、Linear Collider の加速器技術の決定のために組織された委員会、International Technology Recommendation Panel291

Proceedings of the 1st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japanand the 29th Linear Accelerator Meeting in Japan (August 4 - 6, 2004, Funabashi Japan)(ITRP) がKEKを訪問し、GLCTA施設の見学を行った。 ６．今後の課題
この際、ITRPのメンバーの前で、３号ステーションここまでに記述したクライストロン印加電圧は、のデモンストレーション運転を行った。
コンデンサーC‑dividerによる測定値であるが、そ６月に入り、さらに出力導波管とダミーロードのの他にCTや、パルス・モジュレーター電源の出力のエージングを行いつつ、パルス・モジュレーター電高圧プローブによる測定など、多数の測定を行った。
源用のインバーター電源を４台に増強した。これにより、繰り返し回数150ppsにおいて、Vpfn=25kVをこれらの測定値は１０％程度のばらつきがあり、Vk達成した。しかし、サイラトロンのトリガー回路のを精密に測定したと言える段階ではない。今後、Vkドライブ能力が不足しているために、それ以上充電の測定手段の信頼性の向上を目指していく。また、電圧を上げられない事が判明したため、ドライブ能RF出力パワーに関しても、減衰器、検波器など、幾力の改善を行った。この結果、６月の終わりには、つかの違うセットで測定したが、５％程度のばらつ繰り返し回数150ppsでVpfn=35kVを達成した。このきがある。このため、さらに正確な校正を行わねば時の限界は、クライストロンのRF入力部近くの温度ならない。また、ダミーロードの冷却水の流量と温上昇であり、モジュレーター電源はまだ余裕がある度上昇を測定するカロリーメーターの設置も検討し状態だった。また、クライストロンの印加電圧につている。これにより、より冗長なパワー測定を試みいても、６月中にVk=506kV（Vpfn=39kV）を達成しる。
た。
現在のところ、クライストロンの印加電圧を上げていくと、RF出力波形が欠けるという現象が観測されており、この原因を解明する必要がある。これは、次のPPM型クライストロンを設計する上でも重要な課題である。
今後のGLCTAの中長期的な計画に関しては、文献[2]を参照されたい。
典型的な波形
フォルト時の波形
フォルト時の波形
図６ 典型的な波形とフォルト時の波形

７．謝辞

GLCTA３号ステーションの立ち上げに関わった全図６に、典型的なクライストロンへの印加電圧波ての方々に、謝辞を申し上げます。
形と、クライストロンの電子銃付近での放電によるフォルト時の波形を示した。青とピンクで電圧波形
参考文献
Vkが示され、水色で電流波形Ikが示されている。
[1] 明本光生, 他, “GLC XバンドRFシステム開発の現状”,
RF出力の導波管とダミーロードのエージングも順Proc. of the 28th Linear Accelerator Meeting in Japan,
調に進み、６月の終わりには繰り返し回数50pps、Tokai, July 30-Aug.1, 2003, pp.42-44.
RFパルス幅1.6us、RF出力パワー47.5MWを達成した。
[2] 福田茂樹, 他, “KEK GLCTAにおけるRF源のR&D計画”,
図７にRF出力導波管に接続した方向性結合器から取presented in this meeting.
り出した典型的なRF出力波形を示す。最も上にある[3] 明本光生, 他, “GLCTAのXバンドクライストロン用パ
緑の波形がRF出力波形で、パルス幅は1.6usである。
ルス電源”, presented in this meeting.
その下の黄色で示された波形がVkであり、水色で[4] Y.H.Chin and GLC Development Group, “Status of the
示された波形がIkである。
GLC X‑band Power Source R&D”, Proc. of the 2003
PAC, May 12‑16, 2003, pp.479‑481.

図７ 典型的なRF出力波形（緑：RF出力、黄：Vk 水色：Ik）

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