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)

HIGH GRADIENT TEST OF X-BAND ACCELERATING STRUCTURE
AT GLCTA
K.Watanabe1,A), T.HigoB), H.HayanoB), N.TerunumaB), T.SaekiB), N.KudoB), T.SanukiC), T.SueharaC)A)
Course of Applied Physics, Division of Engineering, Tohoku Gakuin University
1-13-1,Chuo, Tagajo, Miyagi, 985-8537
B)High Energy Accelerator Research Organization (KEK)
1-1, Oho, Tukuba, Ibaraki, 305-0801
C)
Dept. of Physics, Graduate School of Science, The University of Tokyo
7-3-1 Hongo, Bunkyo, Tokyo, 133-0033
Abstract
GLCTA (Global Linear Collider Test Accelerator) is the high power test facility for X-band acceleration. We haveinstalled an X-band 60cm structure in April 2004 and have been processing it for more than 3 months. Now it is under
test on long-term operation.
We report here the installation process and high power test result to date.

GLCTAにおけるX-band加速管の高電界試験
１．概要

２．加速管が製造されてから運転まで[3]KEK ア セ ン ブ リ ホ ー ル に 建 設 さ れ た GLCTA(Global Linear Collider Test Accelerator) で は 、図2は今回実施したKX01の製造後から高電界試験GLC(Global Linear Collider)計画[1]における主線形加までの工程である。表1にKX01の特性を示す。
速ユニットの研究開発を行っており、現在KEK製Xband加速管（KX01:60cm管）の高電界試験を行っている [2],[3] 。GLCの目標は繰り返し150Hz、パルス幅400nsの運転で65MV/mの電界強度の発生、放電回数が<0.1回/2M pulse、総位相シフト量が10年間で10°以内（一ヶ月の連続運転で0.1°以下）である。図1
は高電界試験の概略図である。高電界試験では、2基のソレノイド収束型クライストロン(1基あたりの実用上の運転パラメータは、運転周波数11.424GHz、出力30~50MW、繰り返し～100Hz、パルス幅<800nsである。)より合成された高周波電力を導波管
表1.KX01の特性(WR90) を 用 い て 加 速 管 へ 供 給 し ( 加 速 管 直 前 で60MW)、加速管内に高電界(<65MV/m)を発生させる。
図2.工程
そして、そのときの加速管内での放電頻度、放電位置[4]および位相シフト量の測定等を行っている。
本紙では、KX01が製造されてから高電界試験に供されるまでの工程と、高電界試験について報告する。

図3.KX01(運転周波数11.424GHz、60cm管)

図1.GLCTA高電界試験概略図
1d0396107@cope.tohoku-gakuin.ac.jp332

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３．低電力試験およびチューニング
はじめに、加速管の特性を調べるために低電力試験を行った。測定にはネットワークアナライザー（HP8720B）を使用した。セットアップを図4に示す。測定は(1)ビーズ摂動法[5],[6]による各セルの電界分布および位相の測定(S11)(ビーズ：直径0.4mm、長さ1mm、測定間隔:0.5mm)、(2)入力と出力のマッチングの測定(S11)、(3)透過率の測定(S21)、(4)充填時間の測定(S21)、(5)パルス応答の測定である。測定はクリーンルームで行い、加速管内部にN2(1L/min)をフローし、加速管の表面温度は22℃であり、±0.01℃の範囲でビーズ測定を完了した。
(1):測定結果を図5に示す。図5はビーズの位置に対する反射をreal-imagで表したものである。これよりセル間の位相および電界強度に関する量が分かる。
セル間の位相が150°に近い周波数は11.423GHzであった。N2雰囲気、22℃の場合であり、実際の運転(周波数11.424GHz、真空中)の場合、加速管の温度を35℃にする必要がある。
周波数11.423GHzでの測定値を以下に示す。
(2):入力側のマッチング：-20dB出力側のマッチング：-15dB(3):透過率：-4.6dB 減衰定数τ=0.53(4):充填時間：109ns(平均群速度=光速の2.75%)(5):パルス応答
チューニング前の入力側と出力側の各々のマッチ
ングは-20dB、-15dBと悪く、チューニングが必要である。チューニング方法は、入力近傍の3セルおよび出力近傍の3セル(図3参照)のチューニングピンを押し引きし、反射ベクトルを打ち消す方法である。
チューニングの結果、マッチングは、
入力側:-20dB→-30dB
出力側:-15dB→-20dB と改善した。
しかし、#52セルの電界強度が他のセルに比べて30%ほど大きくなってしまったため、出力カプラ付近での放電頻度が多くなることが予想される。

図4.低電力試験セットアップ(a)チューニング前(b)チューニング後
図5.ビーズ摂動法測定結果(周波数:11.423GHz)(a)入力側(b)出力側図5.チューニング前後の入力側と出力側のマッチング

４．ベーキングおよびインストール
KX01をGLCTAユニットへインストールする前に単体でのベーキングを行った。このベーキングは、低電力試験時に吸着したと思われる水分、酸素の除去を目的とする。ベーキングの工程は、昇温30℃/hour、200℃で40時間保温、降温30℃/hourとした。
ベーキングの結果、加速管内の真空度が1桁(10-5Pa→10-6Pa)良くなった。
図7はKX01のインストール後の様子である。

(a)透過率、充填時間(b)パルス応答
図6.透過率、充填時間、パルス応答

５．プロセスおよび高電界試験
図8は加速管の入力と透過の波形である。図9はKX01のプロセシングヒストリーである。プロセシングの手順は50nsから始めて加速管への入力電力が60MWに到達するごとにパルス幅を100ns→200ns→333

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図7.インストール後の様子図8.高電界試験時のパルス応答

図9.KX01プロセシングヒストリー
400nsと伸ばしていく。400nsでのプロセシングを経現在、ダンピングマニホールドを有する加速管て、5月18日から400ns、60MV/m(加速管入力55MW)、 (KX02)を製造中で2004年9月に完成予定であり、繰り返し50Hzでの連続運転を行った。その時の加速
GLCTAで高電界試験を実施する。
管での放電頻度は１時間当たり0.1回（運転時間87.5時間、放電回数7回）であった。プロセシングを進７．謝辞
めるには、現システムではピークパワーの増加に限
本 紙 で 報 告 し た GLCTA 、 高 電 界 試 験 は KEK ・SLACの共同開発の一環として行ってきているもの界があるので、パルス幅を広げて行うことにした。
で あ る 。 GLCTA に 協 力 し て 下 さ っ て い る 多 く の
現在、600nsでのプロセシングを行っており、現方々、またKEKにて研究する機会を与えてくださっ
時点では加速管入力で57MWで、放電頻度は1時間た東北学院大の樋口正人教授に心より感謝申し上げ当たり0.3回程度(7月3日現在)である。今後、プロセます。
シングを続けていけば、放電頻度は減少していくと思われる。

参考文献
６．まとめ、今後の予定[1] GLC project, http://lcdev.kek.jp/projReport[2] 浦 川 順 治 , ”ATF/GLC 開 発”, The 14th Symposium on
今 回 、 KX01のチューニングを行い、入力側のAccelerator Science and Technology, Tsukuba, Japan,マッチングが-30dB、出力側のマッチングが-20dBに
November 2003
改善した。
[3] 渡邉謙, ”GLCTAの現状”, 第5回KEKメカワークショッ
この加速管の高電界試験を行っているが、400ns、プ, 2004年4月15日
60MV/m、繰り返し50Hzの運転での放電頻度は1時[4] 末原大幹, ”GLCTAにおけるXバンド加速管放電現象の間当たり0.1回であった。目標値は65MV/mの運転で解析”, This proceeding.
[5] CHARLES W.STEELE, ”A Nonresonant Perturbation
0.1回であるため、更にプロセシングを進めていく
Theory”, IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE必要がある。
AND TECHNIQUES, vol.MTT-14,No2, February,1966
今後、パルス幅を更に800nsと広げ、加速管のプロセスを行う。また、今夏には15mの電力輸送路を、 [6] T.Khabiboulline ”A NEW TUNING METHODFOR TRAVELING WAVE STRUCTURES”
現在使用している矩形導波管(WR90)から低損失の
http://epaper.kek.jp/p95/ARTICLES/WPP/WPP05.PDF

円形導波管へ変更し、入力電力を80MWまで上昇させる予定である。

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