Phase-1におけるLERの電子雲不安定性(ECE)
末次祐介、福間均、飛山真理、J. Flanagan、池田仁美、
大見和史、D. Zhou、柴田恭、石橋拓弥、照井真司
内容
設計段階の予想と対策
Phase-1で観測されたECE
アルミ製ベローズチェンバーによるECE
高電流域でのECE

Phase-2およびそれ以降への対策
2017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEK

1

設計段階の予想と対策
陽電子リング(LER)の電子雲不安定性(Electron Cloud Effect)
LERの最大課題の一つ
十分な対策が必要

シミュレーションによる閾値予想(大見氏)(設計パラメータ)
PEHTSを使ったシミュレーション (K. Ohmi et al., Proc. IPAC2014, p.1597)
re=4.2x1011 at 4000-th turn

Simulation, reth=3.8x1011 m-3.

Ref.

2017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEK閾値～3x1011 m-3⇒目標平均密度を1x1011 m-3とする。

2設計段階の予想と対策もし、KEKBと同じ円断面の銅ビームパイプを用いたら・・
KEKBでの測定結果から電子密度を推定(f 94 mm銅パイプ、
4 ns 間隔、1 mA/bunch、ビーム方向磁場[ソレノイド]無し)
Sections

L [m]

L [ %]ne [e-/m3]

nex L [%]

Total

3016

100Ave. 5E12100

Drift space (arc)1629 m54

8E1278Steering mag.

316 m

108E1215Bending mag.

519 m

17

1E123.1

Wiggler mag.

154 m

54E123.6

Q & SX mag.

254 m

94E100.063

RF section

124 m

41E110.072

IR section

20 m

0.7

5E110.063

Main part

neを2%にするために何らかの対策が必要。特にドリフト部。
(5E12 à 1E11 [m-3])
2017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEK

3設計段階の予想と対策対策とその期待できる効果
KEKBで行った様々な実験結果から対策の効果を評価。
f 94銅パイプに対する相対効果。
Materials, methods

Relative effect Notes

Al~20

Cu (Circular pipe)

1

Solenoid [Drift space]~1/50~50 G, considering gaps(<1/1000 if uniform)

Antechamber~1/5<1/100 for photoelectrons

Cu (Al) +TiN coating~3/5

Relatively high gas desorption

Groove (b~20°) [in B]~1/10

Top and bottom

Electrode [in B]~1/100

Most effective against EC

2017/9/8

Coatings are indispensable.

基準

SuperKEKB 国内 Review @KEK

4設計段階の予想と対策対策とその適用場所(設計)
リングの各場所で適切な対処方法を採用する。
Sections

L [m]

L [ %]Countermeasure

Material

Total

3016

100

Drift space (arc)1629 m54

TiN coating + Solenoid

Al (arc)

Steering mag.

316 m

10

TiN coating + Solenoid

AlBending mag.

519 m

17

TiN coating + Grooved surface

Al

Wiggler mag.

154 m

5

Clearing ElectrodeCu

Q & SX mag.

254 m

9

TiN coating (+ Solenoid)

Al (arc)

RF section

124 m

4

(TiN coating +) SolenoidCu

IR section

20 m

0.7

TiN coatingCu

2017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEK5設計段階の予想と対策期待される電子密度
赤：対策を施した後で期待されるne

青：CLOUDLANDを使ったneの計算値(福間氏)。

条件：dmax=1.2, Solenoid field=50 G (ne=0), Antechamber(photoelectron yield =0.01:丸パイプの1/10)

Conditionne [m-3]Circular Cu chamber[KEKB beam pipe]

5.2E12+Solenoid at Drift (1/50)

4.7E11+Antechamber (1/5)+TiN (3/5)

5.7e10+Electrode in Wiggler (1/100)

3.5e10+Groove in Bend (1/4)

2.0E10Single Bunch Instability Threshold (~1x1011)

KEKB~3x1011

目標

最終的な平均電子密度neは1010 m-3オーダーとなると期待される。
2017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEK

6設計段階の予想と対策
Phase-1開始時の準備
ソレノイド磁場(軸方向磁場)は印加していない。
Sections

L [m]

L [ %]Countermeasure

MaterialTotal

3016

100

Drift space (arc)1629 m54

TiN coating + Solenoid

Al (arc)

Steering mag.

316 m

10

TiN coating + Solenoid

AlBending mag.

519 m

17

TiN coating + Grooved surface

AlWiggler mag.

154 m

5

Clearing ElectrodeCu

Q & SX mag.

254 m

9

TiN coating (+ Solenoid)

Al (arc)

RF section

124 m

4

(TiN coating +) SolenoidCu

IR section

20 m

0.7

TiN coatingCu

アルミ製ベローズチェンバー(長さ200 mm)にはTiNコーティングを施していない。
リングに占める長さも短く、問題にならないだろう・・・・・・これが甘かった。
2017/9/8

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7

アルミ製ベローズチェンバーによるECEECEの発現
通常バンチフィルパターン(1576 バンチ, 3.06 RF-bucket間隔)の運転時、約0.6 Aから下記現象が観測された。
垂直方向ビームサイズ増大(ほぼ同じビーム電流線密度から始まる)

垂直方向ビームサイズ

Vertical beam size blowup

0.12

2017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEK

(電流線密度)8

アルミ製ベローズチェンバーによるECEECEの発現
通常バンチフィルパターン(1576 バンチ, 3.06 RF-bucket間隔)の運転時、約0.6 Aから下記現象が観測された。
垂直方向ビームサイズ増大(ほぼ同じビーム電流線密度から始まる)
ビーム電流に対する圧力の非線形上昇
ドリフト部の電子に依るバンチ結合型ビーム不安定性

典型的なECEの現象。
Non linear pressure rise4/150/2 Vertical U 300 mA

アーク平均圧力4/150/3RF

2017/9/8

420 f0SuperKEKB 国内 Review @KEK

9アルミ製ベローズチェンバーによるECE
電子密度の測定
アーク部に設置されたテストビームパイプに電子モニターを2個取り付け、ビームチャンネル内の電子密度を測定した。
測定した電子電流は、グリッド電圧以上のエネルギーを持つビームチャンネル内の電子数に相当する。

アルミ合金製テストビームパイプは、片側にのみTiNコーティングを施した。
それぞれ電子モニターでTiNコーティング有、無を比較可能。
[Al_Ante+TiN][Al_Ante]

Retarding gridCurtesy of Kanazawa
2017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEK

10アルミ製ベローズチェンバーによるECE
アルミ合金部分の電子密度の測定
アルミ合金製ベローズ(長さ200 mm)は約830個設置している。リン
グ全長の約5% (1/20)。
密度は予想されたリング平均密度の閾値～3E11 m-3の20倍に近くなっている。⇒アルミ合金製ベローズ内の電子雲が怪しい。
ビーム中心付近の電子密度

600バンチ2017/9/8

3E11の20倍

SuperKEKB 国内 Review @KEK

11アルミ製ベローズチェンバーによるECE
シミュレーション(大見氏)
シミュレーションコード PEHTS を使用
条件：Nb = 600, ex = 2 nm, ey = 15 pm, sz = 6 mm, ns = 0.019
spacing

Ip,th(mA)Np,th(1010)

we/2p(GHz)wesz/creth (Q=10) reth (Q=6)(1011m-3)(1011m-3)

reth (Simu)(1011m-3)

2 (4ns)

160

1.661

7.7

1.91

2.45

3.4

3 (6ns)

200

2.171

8.9

1.65

2.45

3.4

4 (8ns)

260

2.780

10.1

1.47

2.453.86 (12ns)

500

5.2

111

14.0

1.47

2.45

5.0

3.06

500

2.0

37

5.5

2.89

2.90

4.4

3.06

600

2.4

41

6.0

2.63

2.65

4.4 Nb=1576,
ey=100 pm

Simple formula

2017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEK

12アルミ製ベローズチェンバーによるECE
アルミ合金部分の電子密度の測定
シミュレーション結果(大見氏)と実測値：結構あっている
アルミ部分のみ

Simulated electron density at the threshold current
Measured threshold current and density

600バンチシミュレーション結
果は20倍している

Simple formula Q=6

2017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEK

13アルミ製ベローズチェンバーによるECE
軸方向磁場の試験的印加
試験的に18個のベローズチェンバーにソレノイドあるいは永久磁石ユニット(Permanent Magnet Unit, PMU)を取り付けた。50～100 G。
それぞれ約30 mの区間。
その結果、当該区間の圧力の非線形的上昇は緩和された。
永久磁石とソレノイドではほぼ同じ効果だった。
Permanent magnet unit (PMU)

Pressure [Pa]1/1576/3.06
Pressures of 9 gauges
in arc sections

Solenoid coils
2017/9/8

Beam current [mA]
SuperKEKB 国内 Review @KEK

14

アルミ製ベローズチェンバーによるECE
ベローズへの軸方向磁場印加の効果(シミュレーション)
コード COUDLAND を改造して電子密度分布を計算(福間氏)

条件：ビームパイプ断面：f94 mm。アンテチェンバーによる光電子発生量の抑制効果として壁から出る光電子の量子効率を0.01倍。光電子の量子効率0.1。光電子はチェンバー壁から一様に放出。バンチ長(sz)：4.6 mm。入射光線密度：1x1015 photons s-1 m-1 mA-1。最大二次電子放出率となる入射電子エネルギー 300 eV。dmax = 2.0。

中心(r < 8 mm)の密度は１E9 m-3台になる。
r < 8 mm
4.3E12 m-3

2017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEKr < 8 mm
2E9 m-315

アルミ製ベローズチェンバーによるECE対策
リングに約830個設置している、全数のアルミ合金製ベローズチェンバーに、その内表面に軸方向磁場(～100 G)を作るような永久磁石ユニット(Permanent Magnet Unit, PMU)を取り付けた。
ソレノイドに比べると遥かに安価。効果は同じ。
長さ160 mmのコの字型鉄ヨークに永久磁石を8個取り付けたものをベローズチェンバーの上下に取り付けた。
Al bellows chambers along the ring

2017/9/8

PMU attached to bellows
chamberSuperKEKB 国内 Review @KEK

Field strength of magnets

16アルミ製ベローズチェンバーによるECE
対策の結果
Non linear pressure rise

Vertical beam size blowup

4/150/3RF

4/150/3RF
ECK onPressure [Pa]リング全周で圧力の非線形的上昇は緩和された。
垂直方向ビームサイズのブローアップも緩和された。
ブローアップが始まるビーム電流密度は約1.5倍になった。

Vertical beam size blowup vs linear current density

Before4/150/2RF

After

4/150/3RF

4/150/3RF

4/150/2RF

4/150/4RF

4/150/4RF
4/150/6RF

4/150/6RF

0.12

2017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEK

0.217アルミ製ベローズチェンバーによるECE
対策の結果
結合性不安定性のスペクトルも、周辺磁場に閉じ込められた電子に依るものに変わった(飛山氏)。

4/150/2 Vertical U 300 mA

4/150/2 Vertical U 300 mA

420 f02017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEK

18

アルミ製ベローズチェンバーによるECE
参考：KEKB(銅の丸パイプ)初期との比較
アルミ製ベローズチェンバーに永久磁石を取り付けた後と、KEKB初期と比較。主に違うのはアンテチェンバーとTiNコーティング。
1999年頃 (福間氏, KEKB MAC2000)
4/60/n0.04

閾値のバンチ電流線密度は約0.04 mA bucket-1だった。SKEKBの約1/5。⇒アンテチェンバーとTiNコーティングの効果。
2017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEK

19

高電流域でのECE
アルミ合金製ベローズチェンバーによるECE永久磁石取付後、圧力の非線形上昇やビームサイズ増大はとりあえず消えた。
しかし、1/1576/3.06で約0.9 Aでブローアップがまた始まる。
圧力の非線形的上昇も0.9 Aで顕著になった。

Pressure [Pa]Pressure [Pa]1/1576/3.06
Average pressures intwo arcs

(ベローズのPMU)

2017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEK

20高電流域でのECE
アルミ合金製ベローズチェンバーによるECE永久磁石取付後、圧力の非線形上昇やビームサイズ増大はとりあえず消えた。
しかし、1/1576/3.06で約0.9 Aでブローアップがまた始まる。
圧力の非線形的上昇も0.9 Aで顕著になった。
不安定性のモードは、電流が増えると、ドリフト部の電子雲に依るものが観測された(飛山氏)。

300mA(2RFバケット, 600バンチ)

Solenoid origin

400mA
Drift origin
700 f02017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEK

21高電流域でのECE
アルミ合金製ベローズチェンバーによるECE永久磁石取付後、圧力の非線形上昇やビームサイズ増大はとりあえず消えた。
しかし、1/1576/3.06で約0.9 Aでブローアップがまた始まる。
圧力の非線形的上昇も0.9 Aで顕著になった。
不安定性のモードは、電流が増えると、ドリフト部の電子雲に依るものが観測された(飛山氏)。
トレインに沿ったチューンシフトが観測された(大見氏)。
(3RFバケット, 600バンチ)

予想される電子密度は4x1011 m-3

2017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEK

22

高電流域でのECE
どこにある電子雲によるものか？
TiNコーティング付きのアンテチェンバー部の密度を測定すると、ECEの閾値に近い電子密度になっている。⇒ TiNコーティング付きのアンテチェンバー部？

Ith=200 mA
4/150/2

Ith=330 mA
4/150/3
4/150/4

Ith>600 mA

600バンチ
電子密度 [m-3]垂直方向ビームサイズ [µm]600バンチ

3E11

ビーム電流 [mA]
Beam current [mA]
2017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEK

23

高電流域でのECE
シミュレーション(大見氏)
シミュレーションコード PEHTS を使用
条件：Nb = 600, ex = 2 nm, ey = 15 pm, sz = 6 mm, ns = 0.019
we/2p wesz/c reth (Q=10)(GHz)(1011m-3)

spacing

Ip,th(mA)Np,th(1010)

2 (4ns)

200

2.1

71

8.9

3 (6ns)

330

3.5

91

11.5

4 (8ns)

>600

>6.3

3.06

500

2.0

37

5.5

3.06

600

2.4

41

6.0

reth (Q=6)(1011m-3)

reth (Simu)(1011m-3)

2.45

3.4

2.45

4.8

2.89

2.90

4.4

2.63

2.65

4.4

1.65

6 (12ns)

Simple formula

2017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEK

24高電流域でのECE
TiNコーティング付きのアンテチェンバー部の電子密度シミュレーション結果(大見氏)と実測値：結構あっている
Simulated electron density at the thresholdcurrent

600バンチ

600バンチIth=200 mA Ith=330 mA
4/150/2

4/150/3
4/150/4

電子密度 [m-3]垂直方向ビームサイズ [µm]Measured threshold current and density

Ith>600 mA
Simple formula Q=6ビーム電流 [mA]

Beam current [mA]
2017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEK

25

高電流域でのECE
ソレノイドがない場合に期待される電子密度(KEKBの結果より)
赤：対策を施した後で期待されるne
青：CLOUDLANDを使ったneの計算値。
条件：f 94 mm銅パイプ、dmax=1.2, Solenoid field=50G (ne=0),
Antechamber (photoelectron yield =0.01:丸パイプの1/10)、4ns 間隔、1 mA/bunch = 600 mA/600 bunch
Conditionne [m-3]Circular Cu chamber

5.2E12Single Bunch Instability Threshold (~1x1011)[KEKB beam pipe]+Solenoid at Drift (1/50)

4.7E11+Antechamber (1/5)+TiN (3/5)

5.7e10+Electrode in Wiggler (1/100)

3.5e10+Groove in Bend (1/4)

2.0E10No solenoid

6.2E11

KEKB~3x1011

neは1011 m-3オーダーとなり、ECEが起きてもおかしくない。

2017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEK

26

高電流域でのECE
軸方向磁場の試験的印加ドリフト部の一部(約20 m)に試験的にPMUを配置した。
当該区間の圧力の非線形上昇は緩和された。つまり、ドリフト部(TiNコーティング有アンテチェンバー)で電子雲が形成されている。
電子雲発生場所の一つ。だが大部分か。
1/1576/3.06

2016/6/27

2017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEK27高電流域でのECE
議論：推定されるTiNコーティングのdmax
福間氏、大見氏のブローアップシミュレーションでは、密度の閾値が約3x1011 m-３とすると、dmax = ～1.4。(リング平均)

ビーム近くの電子密度 [m-3]

ビーム近くの電子密度 [m-3]

福間氏のシミュレーション

SEY (dmax)

時間 [s]
2017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEK28高電流域でのECE
議論：推定されるTiNコーティングのdmax
Phase 1での表面への電子照射量は、電子モニター部で約5x10-4C mm-2 (エネルギー > 500 eV)。
この時、実験室でのTiNコーティング試料を使った測定では、dmax =0.9～1.2。ただし、照射した電子ビームのエネルギーは約250 eV。
この差は何か？
エージング不足？
圧力がまだ悪い？
ベーキングしていない？

by Shibata

1.6SEYby Terui

要検討、観察by Shibata
#1

1.4

#3#4

1.2

#6#2
#51Cu

0.8
0.6 -610

2017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEK

10-5-4-3-2

101010
Dose [C/mm2]

10-1

29

100Phase-2への対策
電子雲の場所の推定
リング一周について、圧力のビーム電流に対する変化を調べた。
(2016/6/27 0:00～6：00 1/1576/3.06RF)
電子雲⇒電子のマルチパクタリング⇒圧力上昇は非線形

非線形上昇が顕著な場所
IR部(Phase-1時はアルミパイプ＋TiNコーティング)
筑波直線部(特に電磁石が少ないところ、銅あるいはアルミアンテチェンバー＋TiNコーティング)
アーク部(アルミアンテチェンバー＋TiNコーティング)シケイン部(銅アンテチェンバー＋TiNコーティング)
SRM部(アルミアンテチェンバー＋TiNコーティング)
富士クロス部(新規はアルミパイプ＋TiNコーティング、他はKEKB時のビームパイプの再利用)
富士入射部(アルミパイプ＋TiNコーティング)

2017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEK30

Phase-2への対策
電子雲の場所の推定
リング一周について、圧力のビーム電流に対する変化を調べた。
(2016/6/27 0:00～6：00 1/1576/3.06RF)
電子雲⇒電子のマルチパクタリング⇒圧力上昇が非線形

非線形上昇が顕著な場所⇒対策
IR部(Phase-1時はアルミパイプ＋TiNコーティング)⇒銅+TiNコー
ティング(新規ビームパイプ、QCSもあり、Phase-2では要観察)
筑波直線部(特に電磁石が少ないところ、銅あるいはアルミアンテチェンバー＋TiNコーティング)⇒PMU
アーク部(アルミアンテチェンバー＋TiNコーティング) ⇒PMU
シケイン部(銅アンテチェンバー＋TiNコーティング) ⇒PMU
SRM部(アルミアンテチェンバー＋TiNコーティング) ⇒PMU
富士クロス部(新規はアルミパイプ＋TiNコーティング、他はKEKB時のビームパイプの再利用) ⇒PMU、およびKEKB時代のソレノイド復活
富士入射部(アルミパイプ＋TiNコーティング) ⇒PMU
2017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEK

31

Phase-2への対策
ドリフト部へのPMU取付
長さ160 mmの鉄ヨークにφ30 mmの永久磁石を８個とりつけたPMUを40 mm間隔で並べる。⇒作業終了した。
PMUの磁場分布

新規ビームパイプに取り付けたPMU

2017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEK

32

Phase-2への対策
ドリフト部へのPMU取付の効果
CLOUDLANDを使った電子密度シミュレーション(福間氏)
ビーム方向の周期的条件を入れている。
ベローズの場合と同じ条件。ただし、dmax = 1.2。

設計パラメータ(1/2500/2RF, 3.6 A)でも電子密度は1010 m-3台。

PMUなし

2017/9/8

r < 8 mm
1.5x1011 m-3

PMUあり

SuperKEKB 国内 Review @KEKr < 8 mm1x1010 m-333

Phase-2への対策
ドリフト部へのPMU取付時の問題
ただし、Q電磁石の傍には鉄ヨーク付きPMUは磁場への影響が大きいので設置しない。200 mm以上離して設置する。もっとも多いのは約360 mm。
補正電磁石についても同様。200 mm以上離して設置する。もっとも多いのは420 mm。
必要であれば、励磁曲線を変更する(検討中)。
Q: 200 mmで約0.07%の影響

2017/9/8

ST: 200 mmで約5%の影響

SuperKEKB 国内 Review @KEK34

Phase-2への対策
電磁石の傍はどうするか？
電磁石の傍にはアルミ板(非磁性)を使ったPMUを設置する予定。
この取り付けは今年度行う(作業中)。
補正電磁石への影響をマグネットグループで測定中。
シート状の永久磁石(ネオジウム)もR&D中(照井氏)。

アルミパイプ(188 mm)の中に永久磁石が21個入っている。
上下で6本。
2017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEK35

Phase-2への対策
アルミ合金製ベローズに取り付けたPMUそのままにする。
設計パラメータでも軸近傍の電子密度は1010 m-3台。dmax = 2.0。

r < 8 mm
3.4x1010 m-3
1/2500/2RF, 3.6 A

2017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEK

36

Phase-2への対策
富士交差部新しいアルミ製ビームパイプ(TiNコーティング)にはPMUを取り付けた。

富士入射部の新しいアルミ製ビームパイプ(TiNコーティング)にもPMUを取り付ける予定。
富士交差部のビームパイプ

2017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEK37

Phase-2への対策
富士交差部付近 (KEKB時の銅製丸パイプ)
電源をつないでソレノイドを復旧させた。
富士交差部付近のビームパイプに巻かれたソレノイド

2017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEK38

Phase-2以降への対策
Phase-2(目標1.5 A、1576バンチ、3RFバケット～0.3mA/bucket)まではこれまで述べた対策で大丈夫だと思われる。
その後は磁場(>50 G)のある領域を増やしていく。必要になると思われる場所は、四極、六極電磁石の傍 (まだ空間が残っている場所がある)
補正電磁石(ステアリング)の中 (現在検討中)
BPMブロック周辺
RF区間(銅パイプ、KEKB時にはソレノイドを巻いていた)
ウィグラー部(四極電磁石等クリアリング電極はない)
高β部(筑波直線部) (より密に)

TiNコーティング表面のエージング、ビームパイプ内の圧力低下が進むことを期待。
ベーキングしてみる？

その他、心配される場所
IR：QC1RP付近。散乱光があると磁場に電子が捕捉される。
Phase-2では様子見。
2017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEK

39

まとめと予定
Phase-1中、陽電子リングでECEが観測
アルミ合金製ベローズチェンバー内電子雲による不安定性
アルミ部分の電子密度は閾値の約20倍。閾値はシミュレーション結果と合っている。
PMU取付でECEは抑制された。
この状態ではKEKB初期より閾値は高く、TiNコーティングとアンテチェンバーが効いていると考えられる。
高電流での電子雲不安定性
電子雲は主にドリフト部(TiNコーティング＋アンテチェンバー部)にあると推定。閾値はシミュレーション結果と合っている。
ソレノイドが無い時の予想(推定)にも近い。
試験的に置いたPMUで圧力変化は線形となった。
TiNコーティングのdmaxは実験室室で得られた値よりはまだ高そうだ。
Phase-2およびそれ以降への対策
リングのドリフト部等へPMUを取り付ける。一部はソレノイドを復活。
必要ならより密に取り付けていく。(BPM部、補正電磁石内、筑波直線部のβが大きいところなど)
2017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEK40

ご清聴ありがとうございました。

2017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEK41

2017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEK42

高電流域でのECE
議論：推定されるTiNコーティングのdmax
実験室の測定で、ベーキングしていない、あるいは、圧力が悪いとdmaxが下がる、という結果がでている(久松氏)。

2017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEK43

Phase-2以降への対策
参考：ステアリングの中(丸パイプを仮定、STHに近い)
電子密度のシミュレーション
e+/bunch Nb : 4.9E10 (0.78mA/bunch), dmax 1.2@300eV、Bunch
spacing : 4 buckets、5120/4 bunchの時1A。
50 G以上の磁場があると、neは1E10台。
ただし、ステアリングによって磁場強度が違う。
中心付近の密度400 G

2017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEK

44

Phase-2以降への対策
ステアリングの中の磁場強度
運転時の典型的なステアリングの設定電流値分布０ A付近が多く、やはりステアリングの中にもPMUが必要か。

2016/6/25 9:10 1002 mA

2017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEK

45

電子密度測定
ECE対策：アンテチェンバーとTiNコーティングの効果の例
アーク部テストチェンバーのTiNコーティング有り、無しの部分に電子モニターを取り付け、電子電流を比較してTiNコーティングの効果を確認。
KEKB時代の結果と比べてアンテチェンバーの効果を確認。
低電流にてアンテチェンバー内の電子密度小⇒アンテチェンバーの光電子抑制効果
高電流にてTiNコーティング部の電子密度小⇒TiNコーティングの二次電子抑制効果
Electron current vs beam current
Test chamber in LER arc section[Al_Ante+TiN][Al_Ante]

Electron monitor

2016/11/29

2016年真空・表面科学合同講演会 名古屋46

まとめと予定
Established counter measures
Solenoid filed at drift section (~50 G): Effective to bothphotoelectrons and secondary electrons.
Ante-chamber scheme：Effective to photoelectrons. Adopted atPEPII LERTiN coating (Reduction in SEY)：Effective to secondary
electrons. Adopted at PEPII LE。
D(D6-S1)[8,100,2]
D(D6-S3)[8,100,2]
D(D6-C1)[8,100,2]
D(D6-C2)[8,100.2]

Effect of solenoid

1013-3
Near Beam Electron Cloud Density [m ]Effect of antechamber

EM1May09d1_d[by K. Kanazawa]

1012

1/1284/3.07 (1284)
6~8 ns spacing
R = 4７ mm (Circular)
Vr = -30 V
Ph = 8´1015 Ph/s/m/ms

1011

Cu

Circular chamber<1/10001010

Effect of TiN coating~1/5109

TiN coating

810106~1/1008/100/2 (800)
4 ns spacing
R = 47 mm (Circular)

107

00.2

0.4

0.60.8

1Withantechamber

1.2

LER Bunch Current [mA]

2017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEK

47

まとめと予定
Clearing electrodeThe electron density decreased to less than ~1/100 at Velec >~+300 V compared to the values at Velec = 0 V (W) and a TiNcoated flat surface.
(0.9~1.0 mA/bunch)n~1x1013 m-3

n~1x1012 m-3~1x1011 m-3n~1x1010 m-3n

2017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEK

Two-time experiments.
Electron currents for thethermal-sprayed tungsten(Velec = 0V) is similar tothe case of flat TiNcoated surface. ßRoughsurface?
The second result waslower than the first one.
ß Aging of surface?
No extra heating ofelectrode and feedthrough was observed.
48

まとめと予定
Groove surface
The electron density decreased to 1/6~1/10 compared to thecase of a flat TiN-coated surface (b = 20). That is, less than~1/10 compared to flat copper.
(0.9~1.0 mA/bunch)n~1x1013 m-3~1x1012 m-3nRt=0.2mm~1x1011 m-3
Rt=0.1mm~1x1010 m-3n

2017/9/8

SuperKEKB 国内 Review @KEK

Electron densities forgrooves surfaces inthese parameters werelower than the case of aflat TiN-coated surface.
Smaller electrons even
if no-coating: TiN
coating improves theeffect, but the groove
structure seems mucheffective to reduce SEY.
Less density for smallerb and Rt.
49