目次真空システム（1）（2）
はじめに … ………………………………………………………………………………………………

12－１

超高真空入門 … …………………………………………………………………………………………
１．１ 真空の基礎 …………………………………………………………………………………………
１．１．１ 真空の定義 … ………………………………………………………………………
１．１．２ 圧力の単位 … ………………………………………………………………………
１．１．３ 圧力が及ぼす力 … …………………………………………………………………
１．１．４ 圧力と気体分子数 … ………………………………………………………………
１．１．５ 気体分子の平均速度 … ……………………………………………………………
１．１．６ 気体分子の平均自由行程 … ………………………………………………………
１．１．７ 入射頻度 … …………………………………………………………………………
１．１．８ 気体分子と真空容器表面との衝突 … ……………………………………………
１．１．９ 粘性流と分子流 … …………………………………………………………………
１．１．10 真空排気 … …………………………………………………………………………
１．１．11 表面滞在時間とベーキング … ……………………………………………………
１．１．12 コンダクタンス … …………………………………………………………………
１．１．13 真空システムの構成例 … …………………………………………………………
１．１．14 超高真空システム製作の要点 … …………………………………………………
１．２ 真空計と計測原理 …………………………………………………………………………………
１．２．１ 機械的現象に基づく全圧計 … ……………………………………………………
１．２．２ 気体の輸送現象に基づく全圧計 … ………………………………………………
１．２．３ 電離現象に基づく全圧計 … ………………………………………………………
１．２．４ 分圧計 … ……………………………………………………………………………
１．２．５ リークテスト … ……………………………………………………………………
１．２．６ 気体の流れと圧力測定 … …………………………………………………………
１．２．７ 熱遷移 … ……………………………………………………………………………
１．３ 真空ポンプと排気原理 ……………………………………………………………………………
１．3．１ 気体輸送式ポンプ ……………………………………………………………………
１．3．２ 気体溜め込み式ポンプ ………………………………………………………………
１．４ 真空用材料 …………………………………………………………………………………………
１．４．１ 無機材料 … …………………………………………………………………………
１．４．２ 有機材料 … …………………………………………………………………………
１．４．３ 表面洗浄 … …………………………………………………………………………
１．５ 真空用部品 …………………………………………………………………………………………
１．５．１ 永久固定シール … …………………………………………………………………
１．５．２ 着脱可能シール … …………………………………………………………………
１．５．３ 軸シール … …………………………………………………………………………
１．５．４ シール剤 … …………………………………………………………………………
１．５．５ ベローズ … …………………………………………………………………………
１．５．６ 真空バルブ … ………………………………………………………………………
１．５．７ 電流導入端子 … ……………………………………………………………………
１．５．８ ビューポート … ……………………………………………………………………
１．５．９ 配線材料 … …………………………………………………………………………
１．５．10 ボルト類 … …………………………………………………………………………
１．５．11 ガス導入ライン … …………………………………………………………………
１．５．12 潤滑剤 … ……………………………………………………………………………

12－３
12－３
12－３
12－４
12－４
12－４
12－５
12－６
12－６
12－６
12－７
12－８
12－９
12－11
12－12
12－14
12－15
12－15
12－16
12－17
12－20
12－23
12－25
12－25
12－27
12－27
12－29
12－33
12－33
12－37
12－39
12－41
12－41
12－43
12－45
12－46
12－46
12－47
12－48
12－48
12－49
12－49
12－49
12－49

１２ SuperKEKB の真空システム … ………………………………………………………………………
２．１ 概要 …………………………………………………………………………………………………
２．２ 各種真空機器 ………………………………………………………………………………………
２．２．１ アンテチェンバー付きビームパイプ … …………………………………………
２．２．２ MO フランジ … ……………………………………………………………………
２．２．３ ベローズチェンバー・ゲートバルブ ………………………………………………
２．２．４ 真空ポンプ … ………………………………………………………………………
２．２．５ コリメータ … ………………………………………………………………………
２．２．６ IR の真空機器 ………………………………………………………………………
２．２．７ DR の真空機器 … …………………………………………………………………
２．３ 電子雲不安定性と対策 ……………………………………………………………………………
２．３．１ ECE 対策 ……………………………………………………………………………
２．３．２ Phase-1 におけるECE … …………………………………………………………
２．３．３ Phase-2 におけるECE … …………………………………………………………
２．３．４ Phase-3 におけるECE（速報）… …………………………………………………
２．４ インピーダンス ……………………………………………………………………………………
２．４．１ ロスファクター … …………………………………………………………………
２．４．２ キックファクター … ………………………………………………………………
２．５ 制御システム ………………………………………………………………………………………
２．５．１ システム構成 … ……………………………………………………………………
２．５．２ 各種制御機器 … ……………………………………………………………………
２．５．３ インターロックロジック … ………………………………………………………
２．５．４ CCG Patrol …………………………………………………………………………
２．５．５ DR の真空機器制御 … ……………………………………………………………
２．６ コミッショニングの状況 …………………………………………………………………………
２．６．１ 焼き出し状況 … ……………………………………………………………………
２．６．２ コリメータの稼働状況 … …………………………………………………………
２．６．３ ダストイベント … …………………………………………………………………
２．６．４ 真空機器の異常等 … ………………………………………………………………
２．６．５ 真空とバックグラウンド … ………………………………………………………

12－51
12－51
12－53
12－53
12－55
12－56
12－58
12－60
12－62
12－65
12－6812－68
12－76
12－77
12－78
12－79
12－79
12－81
12－84
12－84
12－87
12－95
12－99
12－10212－10512－10512－106
12－11012－112
12－114

おわりに … ……………………………………………………………………………………………………

12－117

付録A ビームと残留ガスの相互作用 … …………………………………………………………………
Ａ．１ ラザフォード散乱 …………………………………………………………………………………
Ａ．２ メラー散乱 …………………………………………………………………………………………
Ａ．３ 制動放射 ……………………………………………………………………………………………
Ａ．４ ビーム寿命 …………………………………………………………………………………………
Ａ．５ イオントラッピング ………………………………………………………………………………

12－118
12－118
12－118
12－118
12－11912－119

付録B

シンクロトロン放射光 … …………………………………………………………………………

12－120

参考文献 … ……………………………………………………………………………………………………

12－121

図目次
35

アンテチェンバー付きビームパイプの1

余弦則の模式図… …………………………………… 72

真空排気過程のモデル… …………………………… 83

各種ガス放出がある場合の圧力の推移… ………… 94分子が排気されるまでのモデル… ……………… 105導管で接続された 2 つの容器… ………………… 126超高真空システムの構成例… …………………… 137代表的な全圧計の測定圧力範囲… ……………… 158ブルドン管真空計の概略構造… ………………… 169絶対圧型隔膜真空計の概略構造… ……………… 1639

MR における MO フランジ… …………………… 55

10ピラニ真空計の概略構造… ……………………… 1740

MO フランジにおける真空シールの模式図… … 56

11ピラニ真空計のガス種依存性… ………………… 1741

ベローズチェンバーにおけるフィンガー

12

水晶摩擦真空計の音叉型振動子と概略… ……………………………………………… 53
36

ビームパイプと四重極電磁石コアの取り合い… ………………………………………… 5437

ウィグラー部のアンテチェンバー付きビームパイプ… …………………………………… 5438

無酸素銅製アンテチェンバー付き
ビームパイプの BPM 部………………………… 55型 RF シールドの概略図… ……………………… 57共振状態における交流インピーダンス… ……… 1842

損傷したフィンガー型 RF シールドの実例… … 5713熱陰極電離真空計の概略構造… ………………… 1843櫛歯型ベローズチェンバーの概略図… ………… 5714逆マグネトロン型 CCG の概略構造……………… 2044

アンテチェンバー付きビームパイプ用

15リークがある場合のマススペクトル例… ……… 2116ヘリウムリークディテクタの構成例… ………… 2317真空法（スプレー法とフード法）………………… 2518真空計の取付位置… ……………………………… 2519

温度の異なる真空容器… ………………………… 2520

代表的な真空ポンプの動作圧力範囲… ………… 2847LER 1 セルの圧力分布… ………………………… 59

21KEKB で観測されたアルゴン不安定性… ……… 3048HER アーク部のコリメータ… …………………… 6022スパッタイオンポンプの概略… ………………… 3149LER および HER 筑波直線部の新型

23オーステナイト系ステンレス鋼の系統図… …… 3524

圧力に応じた表面洗浄のフローチャート… …… 4050

新型コリメータのヘッド… ……………………… 6225

金属とセラミックの接合概略… ………………… 4251

CST による新型コリメータの固有値

26フランジとシール材の概略… …………………… 43

27テーパーシールの概略… ………………………… 4452IR の概略… ………………………………………… 6328ボルト締結の順序… ……………………………… 4553

衝突点チェンバー… ……………………………… 6429バルブの形式… …………………………………… 4754BPM 付きベローズチェンバー…………………… 6530

ティップオフの構成… …………………………… 4855

QCSL クライオスタットとビームパイプ… …… 65

31コンダクタンス調整方式… ……………………… 4856

QCSR クライオスタット先端部の RVC… ……… 65

32

ベントシステムの構成例… ……………………… 49

57

DR の概略…………………………………………… 66

33

Phase-3 初期における Su-perKEKB MR の58

DR アーク部の構成………………………………… 66

概略… ……………………………………………… 5259

Synrad3d による DR ビームパイプ内の34

MR 東トンネルアーク部… ……………………… 53

櫛歯型ベローズチェンバー… …………………… 57
45

アンテチェンバー付きビームパイプ用
ゲートバルブ… …………………………………… 58

46

LER 1 セルの放射光パワー線密度と光子数線密度… …………………………………… 59

コリメータ… ……………………………………… 61

解析結果… ………………………………………… 62

光子分布… ………………………………………… 67

60

電子雲発生のプロセス… ………………………… 68

61

電子雲による不安定性… ………………………… 68

62

試験用アンテチェンバー付きビームパイプ

84

ロスファクター… ………………………………… 8085における RFA… …………………………………… 69
63

KEKB LER における円形およびアンテ
KEKB LER における TiN コーティング

バンチ長に対するコリメータのロスファクター… ………………………………… 80

86

チェンバー付きビームパイプ内の電子電流… … 70
64

アパチャに対するコリメータのアパチャに対するコリメータのキックファクター… ……………………………… 8287

有無による電子雲密度… ………………………… 70

バンチ長に対するコリメータのロスファクター… ………………………………… 8265

TiN コーティング設備… ………………………… 7166

TiN コーティング装置の概略… ………………… 72

67

TiN コーティングを施した表面の様相… ……… 72

89

制御システムの構成概略… ……………………… 85

68

TiN コーティングしたアルミ合金サンプルの90

真空システムのメイン OPI… …………………… 85

SEY… ……………………………………………… 7391

制御機器間の接続概略… ………………………… 8669

SEY 測定部の構成… ……………………………… 73

92

CAMAC と cRIO の比較…………………………… 86

70

ベーキング装置… ………………………………… 73

93

19 インチラック内の PLC ユニット… ………… 87

71

グルーブ構造… …………………………………… 74

94

19 インチラック内の IP コントローラ… ……… 88

72

KEKB LER におけるグルーブ有無による

95

19 インチラック内の CCG コントローラ… …… 88

電子電流… ………………………………………… 7496

CCG 接続導管の永久磁石… ……………………… 89

KEKB LER でソレノイドコイルを設置した

97

19 インチラック内の NEG ポンプ活性化用

73

88

アパチャによる水平方向チューンシフト… …… 83

円形ビームパイプにおける縦方向磁場の7475Phase-1 における水平方向コリメータの電源… ……………………………………………… 89

有無による電子電流… …………………………… 74

98

19 インチラック内の DA100 … ………………… 90

LER ドリフト部のビームパイプに

99

19 インチラック内の MW100…………………… 90

設置した永久磁石と縦方向磁場分布… ………… 75

100 加速器トンネル内で使用しているCLOUDLAND による LER ドリフト部の流量計の内部写真… ……………………………… 91

電子密度… ………………………………………… 75

101 19 インチラック内の流量検出器………………… 91

76

クリアリング電極付きビームパイプ… ………… 75

102 コリメータ制御システムの概略… ……………… 92

77

KEKB LER ウィグラー電磁石内における103 コリメータ駆動部構成… ………………………… 92

ビームドーズに対するビーム近傍の104 19 インチラック内のコリメータ制御機器……… 92

電子電流… ………………………………………… 76

105 コリメータ制御の OPI … ………………………… 93

Phase-1 コミッショニングにおけるビーム

106 コリメータおよびクロッチ部における

78

電流に対する垂直方向ビームサイズ… ………… 76
79

Phase-1 コミッショニングにおけるビーム電流に対する D03 アーク部の P=I ……………… 768081

冷却水インターロックの構成… ………………… 94
107 QCS ビームパイプにおける冷却水インターロックの構成… ………………………… 94

Phase-1 コミッショニングにおける電流線

108 SuperKEKB MR における粗排気の例… ………… 95

密度に対する垂直方向ビームサイズ… ………… 77

109 主ポンプ立ち上げ時の圧力推移の例… ………… 96

Phase-2 コミッショニングにおける電流線110 ラダープログラムにおけるインター密度に対する垂直方向ビームサイズ… ………… 78
82

ビーム電流に対する D03 アーク部の P=I ……… 78

83

Phase-3 コミッショニングにおける電流線密度に対する垂直方向ビームサイズ… ………… 78

ロックロジックの模式図… ……………………… 97
111 ラダープログラムにおけるアボートロジックの模式図… …………………………………………… 98
112 ビームストッパーの制御システム… …………… 99
113 CCG Patrol の概略図… ………………………… 100

114 ネットワークトリガー処理のシーケンス… … 101

137 ZDLM チェンバーの概略図… ………………… 114

115 CCG Patrol の OPI… …………………………… 101

138 改良型 ZDLM チェンバーの概略図… ………… 114

116 ビームアボート時の圧力跳ねと139 HER 富士直線部のテーパー型ビームパイプ…

115

140 Phase-3 における LER vacuum bump study…

116

LER ビーム電流… ……………………………… 102
117 圧力跳ねによるビームアボートの例… ……… 103
118 DR 東アーク部における主ポンプ立ち上げ時の平均圧力の推移… ……………………………… 104
119 SuperKEKB MR における焼き出し状況… …… 106
120 KEKB MR と比較した Su-perKEKB MR における焼き出し状況… ………………………………… 106
121 LER の筑波直線部に設置した RGA によるPhase-3 における分圧の推移… ……………… 107
122 SuperKEKB DR における焼き出し状況… …… 107
124 Phase-2 における HER のコリメータ
スタディの例… ………………………………… 107
123 Phase-3 における LER のコリメータ
スタディの例… ………………………………… 108
125 Phase-3 におけるコリメータとQCS のアパチャ… ……………………………… 109
126 D02V1 コリメータにおけるヘッド位置、水平方向ビームポジションおよび ECL によるバックグラウンド… …………………………… 109
127 Phase-2 コミッショニング終了後に取り外した
D02V1 コリメータヘッド……………………… 110
128 EGS による各材料にビーム照射したときの到達温度… ……………………………………… 111
129 CCG の指示値から推定したダストイベントの発生箇所… ………………………… 111
130 ビームパイプ内から採取されたカプトンシート
上のダスト… …………………………………… 111
131 ビーム運転時間とダストイベント… ………… 112
132 HER において発熱が見られる衝突点下流ビームパイプの位置… ………………………… 112
133 Phase-2 後に取り外した若干の発熱が見られたベローズチェンバー… ……………… 113
134 Phase-3 において発熱の見られた
ベローズチェンバーの温度… ………………… 113
135 LER 日光直線部・ウィグラー区間におけるビーム電流に対するフランジの温度… ……… 113
136 HER の横方向フィードバックキッカー近傍にある CCG で観測した圧力跳ね………… 114

141 Phase-3 における MR の圧力分布… ………… 116表目次
1

圧力による真空の区分… …………………………… 32

真空工学における流れの分類… …………………… 73各温度における水分子の排気時間… …………… 104熱陰極電離真空計の比感度係数… ……………… 195真空装置内の主なガス種… ……………………… 226各種真空装置における許容リーク量の目安… … 247真空ポンプの性能指標… ………………………… 279真空用金属・合金材料のガス放出速度… ……… 338真空用金属・合金材料の性質… ………………… 3410真空用セラミック材料の性質… ………………… 37

11真空用セラミック材料のガス放出速度… ……… 37

12真空用有機材料の性質… ………………………… 3813真空用有機材料のガス放出速度… ……………… 3814固体潤滑剤の機械的性質… ……………………… 5015SuperKEKB のパラメータ（設計値）… ………… 5216SuperKEKB LER における ECE 対策……………… 6917SuperKEKB LER におけるロスファクターの概算… ………………………… 8118SuperKEKB MR における真空関連機器の入出力点数… ……………………………………… 94