ERL主加速器超伝導空洞の開発状況報告(ERL‐9cell #2 cavity 2回目、3回目縦測定結果)

2011/1/21/ /阪井寛志, 梅森健成, 古屋貴章 (KEK)、沢村勝(JAEA)、
篠江憲治(東大物性研) Enrico Cenni (総研大)篠江憲治(東大物性研)、Enrico前回までの結果（2号機1回目測定）機

2号機1回目測定結果(Q-E plot)
ERL-9cell空洞（2号機)・ モジュール組み込み用の空洞（２号機）を今年度に製作し、9月に１回目の縦測定を行った。
・ 1回目で22 MV/mまで到達したがfield emissionが多い。
・ またprocessした後、大きなQ値の劣化が見られた。
またした後 大きなQ値の劣化が見られた
・ 測定後、真空リークもあり、2回目測定前に再度表面処理を行った。

2回目縦測定前の表面処理の条件• 1回目前の表面処理と同じ。
低電流密度EP (32mA/cm^2)(32mA/cm 2)
Degreasing with FM20HPR (4(4.55hhours 蓋なし & 4.5
4 5 hoursh蓋あり）
clean room work (with ion gun & In U‐tightseal)
1度LBPでleakが起こる。Sealを交換し締め直し。
2回目縦測定は(2010/12/1 3)に行った。
• 2回目縦測定は(2010/12/1‐3)に行った。

EP後の内面は非常にきれいであった。

2回目縦測定 : Q‐T
Q T curve
Residual resistance20nΩ
Data taking at 2.7 MV/m/
Include losses from LBP
and SBP SUS flanges((about 5nΩ??))

前回より少し小さい。

#2 cavity 1st VT
26nΩ fromf
Q‐T datad(data taken at 0.5MV/m)
24nΩ from standard
data (taken at 2.4MV/m)π‐mode(1)process

・ 最初は加速勾配は28MV/mまで到達。radiation
最初は加速勾配は/ まで到達 donset は18MV/m。
は/leakのよる影響はなさそうだ。
・ 16～20 MV/mでmultipactingが多数発生.
MV/mでmultipactingが多数発生 主に1cell??
・ 28MV/mでのクエンチ(burst?)後、radiationが増え、Q値が劣化。
・ burst後の radiation on‐setは10MV/mとなった。
・ 非常に強いradationがtop flangeに見られ、最後はradiation interlockで落ちる。

Pi‐mode (1st) Temperature at 1cell
1cell equator

Before burst

After burst
All

Data from carbon resister located at 1cell.
Many response at 1cell equator
equator, especially around 18 MV/mMV/m.
 Possibly multipacting

X‐ray data (1‐4cell) at burst (pi‐mode)
Before burst

After burst

1cell

Ch4 (1(1.35V)
35V)

1-2iris(ch10)+2cell

Ch14 (1.23V)

Signal is obserbed at 1-6cell
1 6cell X-ray
X ray detector
detector, when burst occurred(Very similar behavior with burst at #1cavity 7th VT)

2-3iris(ch19)+3cell

Ch24 (1.10V)

3-4iris(ch28)+4cell

Ch34 (1.21V)

4-5iris(ch37)+5cell

X‐ray data (5‐8cell) at burst (pi‐mode)
5-6iris(ch46)+6cell

Ch44 (1.35V)

6-7iris(ch55)+7cell

Largestt signal
Lil att 66cellll
No signal at 7-9cell

Ch54 (4.60V)

7-8iris(ch64)+8cell

pi‐mode 20MV/m Q0=6.3*10^9 (no iris)

150度 4-5
4 5 iris
２９０度 6cell
360度6 7 iiris
360度6-7i

200度 8-9 iris

6セルから強い信号が見られる。

1π/9 mode
1π/9‐mode・Quench at 7MV/m with X‐ray at 6, 7, 8cell.
・Maximum field was 7MV/m.
/・Finished, since 5cell reached to 38MV/m.

1/9pi‐mode 6.5MV/m Q0=1.0*10^10 (no iris)

6cell 6cell
120度 145度

6cell 6cell
200度 250度

5cell
320度

Observed traces are different from π-mode

3π/9 mode
3π/9‐mode
process

・18 MV/mでプロセス. X‐ray decrease at 6cell.
→ 5cell 320degg がプがプロセスされたようだ。
セ されたようだ。
・Maximum Eacc was 19MV/m
・Self‐pulse at 19MV/m with temperature rise at 1cell 90deg.
During process multipacting.
・Finish, since 2,5, 8cell reached to 36MV/m

3/9pi‐mode 18.5MV/m Q0=9.9*10^9 (no iris)

190度 5cell

8cell 20度

130度 8cell

Difference between
before/after process
at 3pi/93pi/9‐mode
mode

Before process

Mapping
pp g at 1π/9-mode,, 6.5 MV/m

After process

Trace observed at 5cell
320deg dissapeared.
dissapeared

6π/9 mode
6π/9‐mode

・1pi, 2pi, 3pi sidebands appeared above 10 MV/m
・1pi‐mode
pappearpp
continuously.
y・No radiation trace on mapping??
・Maximum Eacc was 24MV/m・Finish measurement due to unknown state with sidebands.

Example of sideband (6π/9‐mode)(6π/9 mode)• Left figure wascaptured with MAX
HOLD mode.
• 1π&2π peak can beseen.
as continuouslycouous y• 1π wasappeared.
appeared.
• 3π was also appeared6/9pi‐mode 18MV/m Q0=9.0*10^9 (no iris)

110度 5-6 iris

200度 6-7 iris

7π/9‐mode/process

process

・Quenches during 25‐30 MV/m・Some pprocessingg around 28 MV/m/・ Slow quenches at 24‐25MV/m . Intermediate state?
・Maximum Eacc was 32.3MV/m
・Quenches after keeping several seconds with high field. For
lower field, could keep longer time.

7/9pi‐mode 28MV/m Q0=5.0*10^9 (no iris)

150度 4-54 5 iris

130度 7-8 iris

Peak at 130deg is also seen at 3pi/9-mode. Any relation with 290deg peak??
Peak at 4-5iris 150deg is same with 8pi/9-modeπ mode(2)π‐mode(2)・Reached
h d to 24 MV/m,/ withouthquenches.
h・X‐ray onset raised to ~13MV/m・But
But Qo value was degraded.
degraded・Final is quench, reason unknown. Probably due to fieldemission.

pi‐mode (2nd) 20MV/m Q0=7.0*10^9 (no iris)

200度 6cell

360度6 7 iiris
360度6-7i7cell 50度

150度 6cell

Trace at 290deg disappeared. It seems that it is related to signals observed at SBP
21flange around 315deg(angular resolution is rather poor).

1st π-mode

2nd π-mode

No data

Some trajectories disappeared, but some trajectories appeared.
Disappear:pp
6cell 290deg,g, 8-9iris 200deg,g, 4-5iris 150deg
gAppear:7cell 50deg??, 6cell 150deg, 6cell 200deg
1stと2ndでradiation profileはdrasticに変化した。Processの効果あり。

Q‐E curve of 2K pi‐modep・ Initial condition was very nice, reach to 28 MV/m.
・ Cavity field was degraded during pi‐mode processing・ Somewhat field emission was processed during passband
measurement, however, largely Q value was dropped.

Achieved field for each cells
9pi
8pi
7pi
6pi
5pi
p
4pi
3pi
2pi
1pi
Max

1,9cell 2.8cell 3,7cell 4,6cell
24.6
24.2
24.1
24.1

5cell
Comment
24.1 Radiation interlock

32.4
32
4
23.9

17.3
173
0.5

5.6
56
23.1

25.8
258
23.4

33.8
33
8 Quench at where??
0.1 Many sidebands appear

19.0

36.0

17.6

18.2

36.0 Enough power@2, 5, 8cell

7.0
32 4
32.4

19.1
36 0
36.0

29.0
29 0
29.035.535 535.537.7 Enough power @5cell
37 737.7

All of cells (equator part) can reach to around 30 MV/m or more.

Comparison 1st/2nd vertical tests

final

1回目、2回目ともfinalはinitialに比べ、low
1回目
2回目ともfi lはi iti lに比べ lllevelからのQ値の劣化が見られる。
lからのQ値の劣化が見られる
考え得る原因としては、‐‐ 表面が実際に汚れた？
同じsetupで一度昇温のみ行い、（プロセスの際のスパッタ )（プロセスの際のスパッター)Q値が回復するかを確認する‐‐ クエンチの際の磁場のトラップ？
ことが重要。(3回目の縦測定)‐‐ ガスによる影響？

3回目縦測定前の条件• 2回目の縦測定後、室温に戻しただけ。
(真空も破らず 高真空を保 たスタンドに保管 ）(真空も破らず、高真空を保ったスタンドに保管。）• 目的は昇温のみでQ値の回復が見られるか。
– 磁場トラップやガス吸着によるQ値の劣化ならばQ値の回復が見込めるという目論見から。

• ３回目縦測定は(2011/1/13‐15)に行った。
– 測定modeはQ値の劣化の見られた。(π‐mode,7/9(pi‐pmode)の２つ。

3回目縦測定 : Q
Q‐TT curve
VT1 : 26nΩ
VT2 : 20nΩ
VT3 : 21nΩ

Same with lastmeasurement3回目縦測定と2回目縦測定の比較
π-mode7π/9-mode

ピンクが3回目測定の測定結果
Pi-modeに関して低い値でのQ値
Pi
d に関して低い値でのQ値
2回目の最初の測定を再現している。すなわちQ値の回復が見られた 高いfi ld( > 16MV/れた。高いfield(16MV/m)から)から
はQ値が劣化するとともにfieldeimssionが見られ、2回目のfinalの状態を再現していた Mappingの状態を再現していた。Mappingの結果も同じである。（次ページ)
これからfield emission sourceは昇温のみでは取れてないことがわかる。
7/9pi-modeでもfieldの回復が見7/9pimodeでもfieldの回復が見られていた。

3回目と2回目のmappingの様子
2回目縦測定 final ppi-mode ((20MV/m))

3回目縦測定 initial ppi-mode ((20MV/m))

2回目と3回目の縦測定では同じprofileが得られた。
昇温のみではfi ld emission
昇温のみではfieldi i sourceの分布が変わっていないことがわかる。の分布が変わ ていないことがわかる

Summary•••••••••

2回目と3回目の縦測定を行った。
2回目と3回目の縦測定を行った
2回目の縦測定では最初は28 MV/mまで到達。 その際radiationは非常に少なかった。但し、burstが起こり、その後はfield emissionが起こった。
Burst後の最初のπ‐mode 測定では, Eacc > 20 MV/m (max 22M/m) でQ>1e10(@15MV/m)は満たしていた.
passband 測定により、プロセスが進み、2回目の縦測定では24MV/mまで到測定により プロセスが進み 2回目の縦測定では24MV/mまで到達。但し、 1回目同様にlow fieldでのQ値の劣化が見られた。
3回目の測定では2回目以降に表面処理やパージなどは行わず、室温に戻し、Q値の回復が行われるかを確認した。
結果、low fieldでのQ値は回復(Q0=9*10^9(2nd final)  1.3*10^10 (3rd initial)した。ERL運転時でもQ値の劣化がlow fieldで見られた際はfieldで見られた際は一度昇温を行え度昇温を行えば、回復することがわかる。
高いfieldでのfield emissionは昇温のみでは回復しないことがわかり、fieldemissionのsourceはガスなどの吸着ではなく、バースト時にばらまかれた異のはガスなどの吸着ではなく バ スト時にばらまかれた異物などが影響していると考えられる。
昇温のみでQ値の回復のメカニズムはこれだけではわからないが、Low
昇Q
復わ、
fieldのQ値の劣化は磁場トラップの可能性が考えられる。より詳細なstudyが必要。
4回目縦測定では上下のカプラーを変えて行う予定。(field emission の削減)

ここまでの縦測定からわかるERL運転への要点• 加速電圧をかけすぎないこと。バーストするとどうしようもなくなる。
• バーストおよびプロセス後はQ値は劣化。高い電圧でのemissionも増える。
い電圧でのemissionも増える• 室温に戻すと15MV/mまでのQ値は回復。
High fieldのfield emissionは消えない。
• 15MVでは何時間運転してもQ値の劣化はしない。CW運転では大丈夫なようだ。Reference slide

Profilef l off surface
felectriclffield
ld
NormalizedN
li d eachh passband
b d modes
d as ffollowing.
ll i・maximum on-axis field (Eacc) is 30MV/m
π
8 /98π/9
7π/96π/95π/94π/93π/92π/9
1π/9/

1, 9cell

2,8cell

3, 7cell

4, 6cell

5 cell

30.0
30 0
30.0
28.7
30 0
30.0
23.5
20.5
15.9
11.1
56
5.6

30.0
26 0
26.0
15.3
06
0.6
14.4
26.1
30.0
26.7
15 2
15.2

30.0
19 3
19.3
5.0
29 0
29.0
28.4
10.914.6
30.0
23 1
23.1

30.0
10 3
10.3
22.9
29 3
29.3
5.0
30.0
15.2
19.5
28 2
28.2

30.000
0.0
30.0
01
0.1
30.0
0.1
30.0
0.1
30 0
30.0

1-2cell iris

2-3cell iris

3-4cell iris

4-5cell iris

5-6cell iris

6-7cell iris

7-8cell iris

8-9cell iris

SBP-1cell iris

9cell-LBP iris

Comparison between initial /final
state of 3rd VT