Proceedings of the 20th Linear Accelerator Meeting in Japan ( September 6—8,1995, Osaka, Japan)© - 21
A HIGH POWER MODEL OF DAMPED-STRUCTUER CAVITY
FOR HIGH-BRILLIANT SR-RING
T.Miura K.Satoh T.Naba Y.Ohnishi S.Fujii
M.Izawa* S.Tokumoto* T.Koseki** K.Sinoe**
Y.Kamiya** T.Nagatsuka***Toshiba Corporation
2-4 Suehiro-cho, Turumi, Yokohama, 230 Japan* National Laboratory for High Energy Physics
1-1 Oho, Tsukuba, Ibaraki, 305 Japan** Institute for Solid State Physics, University of Tokyo,
3-2-1 Midori-cho, Tanas hi, Tokyo 188 Japan*** Technical Research Institute, Hitachi-Zosen Corporation
2-2-11 ，Funa-machi, Taisho, Osaka 551 Japan
Abstruct
A high power model of damped-structure cavity for high-brilliant SR-ring was manufactuered. The cavity is designed to withstand the maximum input RF power of 140
kW. RF characteristics and performances of the cavity satisfy desigin values throughthe low power test, and the high power test is going on at the end of July.

高輝度放射光源向け高次モード減衰型空洞の大電力モデル
1 •はじめにK E K *P F の高輝度化、東大物性研で計画中の入力カブラーボート

高輝度放射光源等での使用をめざした高次モード減衰型空洞の大電力モデルを製作した乂
本空洞は中1 4 0 という大きなビームポートから高次モードを空洞外に取り出し、電磁吸収体のSiC のダクトで吸収することを特徴とする1，2)。
共振周波数 500M Hz 、Qu値 35000 以上、最大入力電力としては 140kW という高いレベルを目指しておりこれに耐え得るよう 1501/min以上の冷却水を流すことが可能な構造とした。 また、大電力性能の向上を目指し、空洞材料の無酸素銅は素材時に HIP(Hot Isostatic Pressing )処理している3)。入力カプラーも新たに設計、製作した4)。
本空洞についての特徴、低電力での RF特性、大電力試験の結果等について報告する。

固定チューナーポ一
ト63 22 .空洞の構造
図 1 に空洞断面、図 2 に空洞の外観写真を示す。

図 1• 空 洞 断 面 図 （基本モードのしみ出し

本形状は解析と低電力モデルによる試験結果によを防ぐため長いビームポートを有している）

り決定した1)。材料は電子管級無酸素銅を HIP処

3.2S 以下である。空洞は大きく 3 つのパートよりは各パートの端面より掘り込んで、空洞の内面近くに形成した。 この際、真空封止のロー付け面に水が接しないように電子ビーム溶接であらかじめ水路に成り、 ロ一付けで最終合休している。本休の水路蓋をして、信頼性を向上させている。习

理したもので、空洞内面の表面粗さは Rmaxで

それによると、空洞壁は平均 50 〜 60°C、 ノーズ先端で約 70°C という結果となった。熱変形による周波数変化は 250kHz でこれらは現 PF の空洞に70kW 入力した場合と同等の結果である6)。
空洞には入力カブラー、可動チューナー、固定チューナー、 RF モニター用の各ポート、およびビームボートが設けられており、す べ て コ ン フラットタイプのフランジ接続とした。 このうち

RF モニターボート以外には、 ポートに侵入する局周波電流をスムーズに流すための RF接触子としてヘリコフレックスタイブのメタルガスケットを使用して一る。 また入力カブラー、可動チュー
ナ一、固定チューナー用の各ポートには冷却用の水路を設け、現 洞 の 改 良 の 経 験 7)を生かした設計とした。 なおこれらポートの銅と ス テ ン レ ス
鋼の接合には HIP を採用している。

図 2 •空 洞 外 観 図 （低電力 RF 測定中 )
図 3 に2 次元の温度計算結果を示す。 ポート等の3 次元的な構造は考慮していない。 ここでは160kW の壁損失を仮定しており、発熱密度の最大値はノーズ付根付近で 30W たm 2 に達する。 その他の内面も平均的に 25W /cm2 程度の発熱があり、 これは現在の PF^ 洞の倍以上の熱負荷である。冷却の条件としては、 1系 統 351/min(流速約3m /sec) ずつの計 4 系統、総流量 1401/min とした。 また各系統の入口水温を 20°C とし、水の温度

3 •入力カブラー
図 4 に入力カブラー ( 東 芝 製 E4262 )の外形図を示す。 トリスタンのAPS で用いられている入力力ブラーを基本として、新たに設計、製作した。 これは現在PFで用いられている 500MHz 用の入力力ブラー( 東 芝 製 E4251 )のセラミック窓の温度測定結果から、現状のまま 140kW を入力した場合には窓の温度上昇が 6 0 #C程度となることが予想されたためである 6)。 そこで、同軸導波管変換部およびループ先端部の構造を HFSS による解析とモデル実験で最適化した設計とした4)。 カブラーポートの長さは、 カブラーの結合度の最大値が 2 以上となるように決定している。

上昇を考慮した。

水温60 5$ 5?15

図 3 . 熱計 算結 果

図 4 .入 力 カ ブ ラ ，

4.SiC ダクト
SiC ダクトの役割は、径の大きなビームポートより取り出した高次モードのパワ一を吸収することである。電磁波吸収体には低電力モデルでの試験結果を反映して、東芝セラミック製で常圧焼結 SiC である

CERASIC—B を採用した1，2)。
ダクトの製作法としては（l)S iC 端面にメタルガスケットを直接押しつけて真空シールする方法、（2 )活性金属ローを用いて金属スリ一ブと SiC を接合する方法 、（3 ) アルミダクトの内側に円筒状の SiC を焼きばめによって装着する方法の 3通りを試みた。各々試作に成功している。

真空度は 3001/sec のターボ分子ボンブで排気した状態でベーキング前が l.lx lO _ 4Pa、 150 で、 24 時間のベーキング後で 3 .2 x lO _7Paであった。 この時SiC ダクトは装着していない。冷却水は圧損 0.4MPaで 2001/min流せることを確認し、流量バランスも良好であった。

表1.高周波特性試験結果
共振周波数
無負荷Q値

fr=500.1 MHzQu=40000
シ ャ ン トイ ン ビ ー ダ ン ス Rsh=7.3 MQ

図 5 に内径 140mm のSiC 円筒に SUS 製スリーブをロー付けしたダクトの写真を示す。 コンフラットフ
ランジを溶接する前の状態である o以上の試験を終了した空洞はフォトンファタトリーの. クライストロン ( 東芝製 E3774 )を用いて大電力試験を実施している。
試験は 7 月末現在続行中で、 75kW までの入力に成功しており、入力電力は順調に増 ;!JDしている。

6 •まとめ高次モード減衰型空洞の大電力モデルを製作し、基本的な高周波特性が仕様を満足することを確認した。真空性能、冷却状態も良好である。 大電力試験は7 月末現在続行中で 140kW の最大電力入力をめざしている。 さらに本年冬には実際に PF のリングに設置し、運転を行う予定である。

図 5. S iC ダクト

5 .試験結果
製作完了後、低電力での高周波特性試験、真空(ベーキング ) 試験、水路への通水試験等を行った。
表 1 に共振周波数、 Q値 、 シャントインビーダンス等の測定値を示す。 Q 値は SUPERFISH による計算値の 91% を示している。共振周波数は固定チュー
ナ一を加工して最終的に 500.1 MHz に調整している。基本的な高周波特性は目標仕様を満足した。

1)小関他、 日本放射光学会第8 回予稿集 (1 9 9 5 )162) 伊澤他、 日本放射光学会第8 回予稿集 (1 9 9 5 )153)H.Matsumoto et al., Proc. of the 18th Linear
Accelerator Meeting in Japan,(1993) 270.
4) 長塚他、 日本放射光学会第8 回予稿_ ( 1 9 9 5 )1 85)S.Sakanaka et al” Proc. of .Particle
Accelrator Conference?May 1995，
to bepublished6)T.Yoshiyuki et al., Proc. of the 18th Linear
Accelerator Meeting in Japan，(1994) 175.
7) 徳本他、KEK-Intemal 88-6 ,Augast 1998.