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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito
教室談話会
402
Cold/Warm
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 403
e+ e- のののの歴歴歴歴史史史史Collider
CP Violation
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 404
Broad consensus of the particlephysics community
by the World Wide Study Group for the Physics and Detectors for the Linear Collider
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 405・・・・・・・・
� の発見Higgs boson”
・・・・・・・・
・・・・・・・・
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito
高エネルギー物理屋の夢
406
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 407
Storage Ring
何何何何度度度度も加も加も加も加速速速速される!される!される!される!
Accelerator section
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Global organization and ITRP
の技術選択LC
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 409
ITRP (International Technology Recommendation Panel)
欧
アジア米
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 410
Superconducting (Cold) LC: TESLA
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Normal conducting (Warm) LC: GLC/NLC
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のののの一一一一般設般設般設般設計計計計LC
e- e+Y = L ◊ss
単位時間当りのエベント数Y::反応断面積s:L Luminosity
Lf n N
Hrep b
x yD=
◊ ◊◊
◊2
4ppss ss
ビームの広がりビームの広がりビームの広がりビームの広がり
Enhancement factor by pinch effect : ~ 2
は加速器の性能を表す。L
が大になるように設計する。L
frep: Repetition frequencyNb: Number of bunches per rf pulseN: Number of e+/e- per bunchHD: Enhancement factor by pinch effect
現現現現象象象象によって決まるによって決まるによって決まるによって決まる
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のののの技技技技術術術術依依依依存性存性存性存性Luminosity
クライストロン技クライストロン技クライストロン技クライストロン技術術術術
では既では既では既では既存存存存、、、、Cold では開では開では開では開発発発発がががが必要必要必要必要。。。。Warm
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の技術依存性
414
は空洞のen,y transverse wakefield により大きくなる。kick
では、周波数が低いので問題は小さい。TESLA
!hAC B, en,y
!hAC "#$%&'B 100% !
&"GLC (29%
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のののの比比比比較較較較ML-Parameter(LC-500)
51.7
(65 )unloaded
23.4Beam loaded Acceleratinggradient [MV/m]
24197LINAC electric power [MW]
8.6522.6Total beam power [MW]
2.0[2.5]3.0Luminosity 1034 cm-2s-1
4.63.2Beamstrahlung [%]
0.1100.3Bunch length at IP [mm]
243/3553/5Beam size at IP x/y nm
0.74x10102x1010Charge per bunch
1.4337Bunch spacing [ns]
1922820Number of bunches per pulse
0.269950Beam pulse length [ms]
120[150]5Repetition Rate [Hz]
NLC[GLC]TESLAParameters
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Cold Technology
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のののの特徴特徴特徴特徴TESLABeam pulse bunch
が理想的。物理実験ではトリガー必要。CWでは冷凍機の負荷大きすぎる。CW
Pin
Pcav
Filling time(420mm)
使えないが冷凍負荷
運転Pulse
PE
ZQ W cavity
P KW
MW MW
lossacc
o
Total
= ÊËÁ
��̄ ª
= ¥ = ◊ =ª
¥ ◊
◊ ¥ =
2
5
60
60 21000 1 26 10 1260
1 1000
1260 81 9
/ /
.
~ / ,
.
@23.4MV / m
Pref. 1260MW
Duty = 1.3msec 5 / 1 sec = 6.5 10
P = 6.5 10
-3
TESLAref. -3
hh
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ニオブニオブニオブニオブ超伝導超伝導超伝導超伝導加加加加速速速速空空空空洞洞洞洞TESLA台21000
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Fabrication of TESLA Cavities
EBW
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TTF Preparation Facility
非常良非常良非常良非常良いいいい表面処理設備表面処理設備表面処理設備表面処理設備および空および空および空および空洞組立洞組立洞組立洞組立てててて室室室室を完を完を完を完備備備備
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空空空空洞洞洞洞のののの性能性能性能性能DESY TTF
CP
1400OCannealing
CP
空洞単体での試験:
TESLA 500 Goal
Vertical test
Vertical test
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He-Vessel on Cavity
チタン製液体ヘリウムタンク
2K
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TESLA High Power Coupler
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 424
Horizontal Test
空空空空洞洞洞洞にににに をををを溶接溶接溶接溶接後、後、後、後、He-Vessel をををを取取取取りりりり付付付付け、け、け、け、空空空空洞単体洞単体洞単体洞単体としてフルとしてフルとしてフルとしてフル装備装備装備装備で横型クライオスタットでで横型クライオスタットでで横型クライオスタットでで横型クライオスタットで
Input Coupler試験する。試験する。試験する。試験する。high power
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 425
String Assembly
String
性能試験の終わった 付き空洞をHe-vessel 供給パイプに繋いで行く作業。
He
ジャケットをジャケットをジャケットをジャケットを着着着着た空た空た空た空洞洞洞洞He-
液液液液体体体体ヘリウム供給ヘリウム供給ヘリウム供給ヘリウム供給パイプパイプパイプパイプ
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 426
Cryomodule Assembly
Outside of the cleanroom
80Kshield
Vacuum vessel
5kshield
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TTF Cryostat Cross-section
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FFT (TESLA Test Facility)
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 429
TTF Injector
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Cavity Performance in the TTF Cryomodule
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Latest cavity performance in the module
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High gradient cavity performance with all cryomodules
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Dark Current Measurement
をををを顕顕顕顕著著著著にににに発生発生発生発生する空する空する空する空洞洞洞洞は限られている。は限られている。は限られている。は限られている。Dark current ででででACC5 module がががが顕顕顕顕著著著著。。。。No.6 cavity以外の以外の以外の以外のNo.6 cavity からのからのからのからの平平平平均均均均cavity のののの量量量量は、は、は、は、Dark current でスペックのでスペックのでスペックのでスペックの倍程度倍程度倍程度倍程度。。。。100nA
480nA@23.4MV/m
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Alignment issue
空空空空洞冷洞冷洞冷洞冷却時に却時に却時に却時に 等等等等によるによるによるによるthermal stress のののの増大増大増大増大ははははAlignment 値値値値でもでもでもでもスペックスペックスペックスペック内内内内にある。にある。にある。にある。
peak
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RF operation above its performance limit
空空空空洞性能洞性能洞性能洞性能以以以以上上上上にににに をををを入入入入れるとクエンチするが、クエンチは検れるとクエンチするが、クエンチは検れるとクエンチするが、クエンチは検れるとクエンチするが、クエンチは検出出出出でき、でき、でき、でき、そのそのそのその振舞振舞振舞振舞いはいはいはいは予予予予期期期期出来出来出来出来き、コントロールき、コントロールき、コントロールき、コントロール出来出来出来出来る。る。る。る。
RF-power
初初初初期の期の期の期の出来出来出来出来の悪い空の悪い空の悪い空の悪い空洞洞洞洞ででででクエンチのクエンチのクエンチのクエンチの振振振振るまいを学るまいを学るまいを学るまいを学習習習習
TTF
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Operation Control
間隔間隔間隔間隔Pulse (200 msec がががが長長長長いので、クエンチにいので、クエンチにいので、クエンチにいので、クエンチに対対対対して次のして次のして次のして次の) までにまでにまでにまでに対対対対応できる。応できる。応できる。応できる。
pulseでのでのでのでの長長長長期運期運期運期運転転転転はははは実証実証実証実証済み。済み。済み。済み。Long pulse
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Stable TTF Operation
ははははTTF-I 発振発振発振発振にににに成成成成功。功。功。功。SASE によるによるによるによる実実実実験が行われ、験が行われ、験が行われ、験が行われ、成成成成果が果が果が果が出出出出始めている。始めている。始めている。始めている。
Userのののの安安安安定定定定運運運運転転転転をををを実証実証実証実証。。。。TTF
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Frequency detuning by Lorentz force
Df
大L
大C
小fLC
c =1
2pp
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Piezo Tuner
Piezo
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Successful Frequency and Phase Control
fC
fRF
Piezo のののの確確確確立立立立により高により高により高により高電電電電界運界運界運界運転転転転でのでのでのでの
tuner control
Lorentz のののの制制制制御御御御にににに成成成成功。功。功。功。
detuning
fC
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Successful RF Control
とFeedkack feed-forwardによりcontrol 、,
効果を制御できる。beam loading
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Cryomodule in the TESLA Tunnel
17m
台1752
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 443
TESLA Construction Site in Hambrug
52
0 c
m
19
0 c
m
440 cm
80 cm
90
cm
30 cm
12
5 c
m
210 cm
27
5 c
m
TESLA Tunnel Design
Klystron
HV cables
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 444
TESLA Energy Upgrade Scenario in Future
高電界性: へのエネルギー増強に弱点1TeV現トンネル設計( 33Km) に Eacc=35MV/m upgrade
35/23.4 x 500 ~ 750GeV尚、説得性弱い。
の発明:Superstructure をFilling factor %向上、7.9 の数半分。FPC(input coupler)750 x 1.079 = 810 GeV “EP”+ “ が今のシナリオSuperstructure”
DDEaccf
Nc
2
cµ
◊ddkk
空洞では、各セルでの18-cell 大。Field Errorと9-cell の結合では問題 小。9-cell
電解研磨を採用
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 445
500
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 446
TESLA TDR
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Warm Technology
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 448
Warm Technologyの特徴
1)周波数が高い。Warm technology
11.4GHz
がががが小小小小さく、さく、さく、さく、Volume がががが小小小小さい、さい、さい、さい、stored energy の影響の影響の影響の影響大大大大。。。。バンチバンチバンチバンチ当当当当たりの加たりの加たりの加たりの加速電速電速電速電子の子の子の子の数数数数がががが小小小小さい。さい。さい。さい。高高高高調波調波調波調波のののの問題問題問題問題厳しい。厳しい。厳しい。厳しい。製製製製作作作作精度精度精度精度、、、、
Beam loading
精度精度精度精度厳しい。厳しい。厳しい。厳しい。運運運運転中転中転中転中のののの振動振動振動振動のコントロールがシビヤー。のコントロールがシビヤー。のコントロールがシビヤー。のコントロールがシビヤー。
2)
Alignment
の繰り返しが大。次の次の次の次のPulse へのへのへのへのPulse 困困困困難難難難。。。。3)
feedback
長短い。Pulse Q
4) がLuminosity のcold 。5)
67~80%
6)運転電力はTraveling Wave
より大きい。cold
7) の開発High Power Klystronから始める必要あり。
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 449
Normal Conducting Structure
60cm copper structure53 cells台台台台((((8930 500GeV)
=1.1cm
万枚必要48
60cm
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Cell Fabrication
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 451
Cell Assembly Environment
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Stacking of cells
1.8mstructure ではではではではGLC 60cm structure
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 453
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 454
Completed Warm structure
空洞製作工程
無酸素銅 荒加工荒加工荒加工荒加工旋盤旋盤旋盤旋盤
仕仕仕仕上上上上げ加工げ加工げ加工げ加工ダイアモンドダイアモンドダイアモンドダイアモンド旋盤旋盤旋盤旋盤加工加工加工加工
加工加工加工加工精度精度精度精度 ±±±± 1mmmmm
Stacking拡散拡散拡散拡散接接接接合/合/合/合/ロウロウロウロウ付付付付けけけけ表面処理表面処理表面処理表面処理
精密精密精密精密加工加工加工加工 クリーンルームクリーンルームクリーンルームクリーンルーム真真真真空空空空炉炉炉炉////水素炉水素炉水素炉水素炉Class 1000
ポートポートポートポートHOM 本本本本4
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 455
Warm Test Accelerator Facility
では、では、では、では、Warm 等等等等、それぞれ、それぞれ、それぞれ、それぞれ相相相相互に互に互に互に関係したものを関係したものを関係したものを関係したものを同同同同時に開時に開時に開時に開発発発発しなければならない。しなければならない。しなければならない。しなければならない。例例例例えば、えば、えば、えば、
High power source, High gradient cavity, SLED-II
ががががないので、ないので、ないので、ないので、直直直直ぐにぐにぐにぐにhigh power source ののののテストがテストがテストがテストが出来出来出来出来ないないないない等等等等のののの問題問題問題問題があり、開があり、開があり、開があり、開発発発発が高が高が高が高率的率的率的率的にににに進進進進まなかった。まなかった。まなかった。まなかった。
high gradient cavity
ののののテストが割合テストが割合テストが割合テストが割合遅遅遅遅い時期から始まってい時期から始まってい時期から始まってい時期から始まっている。いる。いる。いる。
Structure
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 456
What happened at the initial stage.
側側側側ののののセルにセルにセルにセルに多多多多くのくのくのくの放電放電放電放電痕。形痕。形痕。形痕。形状変状変状変状変化に化に化に化により、セルのより、セルのより、セルのより、セルの周波数周波数周波数周波数がががが大大大大きくきくきくきく変変変変わり過ぎる。わり過ぎる。わり過ぎる。わり過ぎる。
Input
Study
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 457
部部部部でででで銅銅銅銅がががが剥剥剥剥ぎぎぎぎ取取取取られるられるられるられるHigh Group Velocity
Input coupler cellOutput coupler cell
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 458
Vg vs Processing
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 459
Breakdown Location
Input coupler cell Output coupler cell
問題は二つ。 とそれ以外でのCoupler cells 。breakdown
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 460
Suspicions
• Contaminations
• High magnetic field effect
• Others
Low group velocity structure
Smaller Iris
Smallercell-to-cell coupling
Short Structure
60cm
Suspicions of the breakdown
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 461
Contamination ?
この結果は、ゴミ以外のこの結果は、ゴミ以外のこの結果は、ゴミ以外のこの結果は、ゴミ以外の問題問題問題問題をををを示示示示唆する。唆する。唆する。唆する。しかし、これで持ってゴミしかし、これで持ってゴミしかし、これで持ってゴミしかし、これで持ってゴミのののの問題問題問題問題関係ないと思う関係ないと思う関係ないと思う関係ないと思うならならならなら
My opinion:
は誤ったは誤ったは誤ったは誤った方方方方向に向に向に向に向かう。向かう。向かう。向かう。
Study
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 462
Particulate contamination in other structures
以以以以上上上上がががが50~60% 1mmmm よりよりよりより小小小小さいさいさいさいm 。。。。particles
がががが多多多多い。い。い。い。Mn-S, Al, Other metals
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 463
Mg-S on un-heated Copper
Cornell study
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 464
Mn on heated Copper surface
部にもGrain boundaryMn contamination ?
After multi-breakdowns
After RF
Mn
Inclusion
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 465
Other reminder from KEK
If no care during VAC annealing, coupler cells will be contaminated.
by T.Higo
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 466
Magnetic field breakdown study
Electric field
Magnetic field
Low magneticwaveguide
High magneticwaveduide
Same electric fied in both wavegide
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 467
Study results
Magnetic field causes much more
serious breakdown.
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 468
Effect on the electric fied enhancementfactor and Material effect
High magnetic の方が、 fieldField enhancement factor b が大きい。e
が良い。Stainless
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 469
Pulse heating
によるThermal stress crackのBreakdown か?Trigger
Slip linesStress
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 470
Latest study on pulse heating in CERN
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 471
Modification of Coupler Geometry
m
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 472
Large particulate contamination
Cell35 Stainless ball
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 473
Aluminum large particle
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 474
Dark current study
0.1~ 1mA orderIncredibly large
RemindCold is 100nA order
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 475
RF Breakdown in Copper Cavity
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito
空洞表面に関する
476
の比較Cold/Warm
NothingEPFinal materialremoval
~ 0.1mm~ 1mmSurface roughness
NothingHPRPassive cleaning
~ 30000 pieces /cm2~ 20 pieces/cm2Particlecontamination
size ~3mm
(inclusion)
以下表面表面表面表面欠陥欠陥欠陥欠陥 size ~ 1mm
Warm項項項項目目目目 Cold
My opinion:
では、では、では、では、表面表面表面表面欠陥のコントロール、ゴミのコントロールが欠陥のコントロール、ゴミのコントロールが欠陥のコントロール、ゴミのコントロールが欠陥のコントロール、ゴミのコントロールが十分十分十分十分とはいえないとはいえないとはいえないとはいえない。空空空空洞洞洞洞が完が完が完が完成成成成した後、した後、した後、した後、表面数十表面数十表面数十表面数十ミクロンミクロンミクロンミクロン除除除除去し、さらに去し、さらに去し、さらに去し、さらにWarm
ののののようなようなようなような積積積積極極極極的的的的クリーニングがクリーニングがクリーニングがクリーニングが必要必要必要必要であろう。であろう。であろう。であろう。
HPR
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 477
Warm RF Unit
~30m
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 478
High power PPM Klystron
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 479
のののの開開開開発発発発SLED-II
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 480
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 481
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 482
では、下流部の空洞が厳しいHigh power test
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 483
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 484
RF Unit Test
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 485
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 486
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 487
Warm Tunnel Design
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 488
Site Study in Japan
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 489
Warm LC Site Candidates in US
California Illinois
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 490
X-Band Warm TDR
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 491
R&D for the TESLA800
KEK/DESY Collaboration
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 492
Development of High Gradient TESLA Cavity
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 493
KEK electroploshed TTF cavityperformance
108
109
1010
1011
0 5 10 15 20 25 30 35 40
DESY CP+HPR (lower Q)DESY CP+HPR (higher Q)AC72 : EP(KEK)+HPR(DESY)+Bake(DESY)AC73 : EP(KEK)+HPR(DESY)+Bake(DESY)AC78 : EP(KEK)+HPR(DESY)+Bake(DESY)
Qo
Eacc [MV/m]
TESLA500 SpecificationTESLA800 Specification
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 494
High Power Long Term Operation Testin CHECHIA
Now two test results.Both show the same result.
横横横横クライオスタットで、クライオスタットで、クライオスタットで、クライオスタットで、CHECHIA でででで35MV/m 時間運時間運時間運時間運転転転転で、クエンチなし(空で、クエンチなし(空で、クエンチなし(空で、クエンチなし(空洞洞洞洞、、、、1100共に)。1個の空共に)。1個の空共に)。1個の空共に)。1個の空洞洞洞洞ででででcoupler 、、、、別別別別のののの空空空空洞洞洞洞ではではではでは34MV/m までまでまでまで35MV/m ーーーー線線線線のののの発生発生発生発生なし。なし。なし。なし。X
をををを予想予想予想予想させる。それ以させる。それ以させる。それ以させる。それ以上上上上のののの電電電電界でクエンチしても空界でクエンチしても空界でクエンチしても空界でクエンチしても空洞性能劣洞性能劣洞性能劣洞性能劣化なし。化なし。化なし。化なし。Dark current -free
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 495
High power test in a TTF cryomodule横横横横 後、後、後、後、high power test をををを他他他他の空の空の空の空洞洞洞洞(4(4(4(4台台台台はははは性能性能性能性能の悪の悪の悪の悪い空い空い空い空洞洞洞洞、3、3、3、3台台台台はははは
AC72 cavityのののの空空空空洞洞洞洞)と一)と一)と一)と一緒緒緒緒にににに実実実実機機機機standard にににに
組組組組込んだ。込んだ。込んだ。込んだ。TTF-module
した空した空した空した空洞洞洞洞EP ででででAC72 TTF- ででででcryomodule をををを達成達成達成達成。。。。35MV/m
までまでまでまで35MV/m 線線線線のののの発生発生発生発生なし。なし。なし。なし。X- 値値値値のののの劣劣劣劣化なし。化なし。化なし。化なし。Q
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 496
EP technology transfer from KEK toDESY under the Agreement
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 497
DESY EP Cavity
Vertical test, 40MV/m in a TTF cavity!!
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 498
Reconfirmation of the EP superioritywith high gradient in DESY
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 499
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50 MV/m Cavity
for 33km-One TeV SCSL
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 501
Theoretical Magnetic field limitation
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 0 . 2 0 .4 0 .6 0 .8 1
Hcr Nb-cornell
Hcr Nb-KEKHcr-Nb3Sn
Hcr-Pb
HC
RF [
Oe]
T/Tc
Vortex line nucleation limits RF magnetic field. by K.Saito.
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 502
HC のののの大大大大きな向きな向きな向きな向上上上上ををををRF のののの材材材材料料料料開開開開発発発発にににに期期期期待出来待出来待出来待出来ないないないない
Nb
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
1.3
10 100 1000
Tc(RRR)/Tc(2000)llllo(RRR)/llllo(2000)
xxxxo(RRR)/xxxxo(2000)
kkkko(RRR)/kkkko(2000)
Hs h
o(RRR)/Hs h
o(2000)N
orm
aliz
ed P
aram
eter
s
RRR
でもRRR=2000は
5%しか向上しない。RF-critical field
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 503
New Cavity Shape
を小さくすればHp/Eacc ratioEacc 向上,max Eacc のためには,max =50MV/mHp/Eacc=1750/50=35 Oe/[MV/m]
径を径を径を径を小小小小さくしてさくしてさくしてさくして、、、、セルセルセルセル部部部部のののの磁場磁場磁場磁場のののの占有占有占有占有Beam Pipe
をををを増増増増やし、やし、やし、やし、磁場密度磁場密度磁場密度磁場密度を下げる形を下げる形を下げる形を下げる形状状状状にすればにすればにすればにすれば良良良良い。い。い。い。
Volume
BP Cell-to-cell coupling
EP
DD DDEaccc
µ ◊ N
fc2
kk
1500MHz cavity
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 504
Low loss(LL) Cavity Design by J.Sekutowicz• Hp/Eacc=37.4 Oe/[MV/m] Expected Eacc,mac=47 MV/m, 1750/37.4 = 46.8
• Ep/Eacc=2.17 , little bit high (TESLA:1.87) but no problem for EP cavity ( even 5.11 gets 1750 Oe)
• Beam pipe diameter : sacled 1500MHz to 1300MHz, D=53x1500/1300=61mm, no problem for EP (D > 60 , 1300MHz)
• Cell-to-cell coupling: kc=1.47, maybe problem
• HOM issue: no problem in 2x7-cell structure for 1500MHz, but should be investigated 2x8-cell for 1300 MHz, remind no problem in 2x9-cell TESLA superstructure.
Superstructure
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 505
High Ep/Eacc Cavity
108
109
101 0
101 1
0 500 1000 1500 2000
Qo
Hp [Oe]
Ep/Eacc=5.1Hp/Eacc=133 Oe/MV/mHp/Ep=26.1 Oe/MV/m
Hp,max=1749 Gauss
1300MHz low beta(=0.45) single cell cavityElectropolished
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 506
2x8-cell SuperstructureSmaller Cell-to-cell Coupling problem:kc=1.49 compared with 1.87 in TESLA CavityIf has the same field error as TESLA, structure should be 8-cell.
TESLA 9-cell structure length : 0.11x2+9x0.1153=1.256m, cavity-to-cavity space : 0.063m2x8-cell superstructure length : 0.11x2+0.1153+2x8x0.1153=2.1613m, structure-to-structure space : 0.063mTESLA 9-cell effective accelerating length : 0.1153 x 9 = 1.0377m2x8-cell superstructure accelerating length : 0.1153 x 8 x 2 = 1.8448m
7x(2x8-cell superstructure) length (end BP flange-to-end BP flange) = 2.1613 x 7+ 0.063 x 6=15.5071m,7x(2x8-cell) effective accelerating length = 0.1153 x 7x 2x 8 = 0.1153 x 112 = 12.9136 mEnergy gain in one 7x(2x8-cell superstructure) module @45MV/m : 581.1MeV
12 x TESLA 9-cell structure length : 12 x 1.256 + 0.063 x 11 = 15.765m, longer by 0.258m than the superstructureEffective accelerating length in 12 x TESLA 9-cell structure =0.1153 x 12 x 9 =0.1153 x 108 = 12.4524mEnergy gain in one module @ 45MV/m : 560.3MV/m
DDEacc
2
c
2 2
N f,
91.87
f =N1.49
f N = 91.491.87
cellµ Þ ◊ = @kk
dd dd dd 8 03 8.
63
The cryostat shorter by 0.25mThe energy gain larger by 20 MeV
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 507
Merits of 7x(2x8-cell) Superstructure module
29.332 km29.784 kmLINAC length
581.1 MeV560.3 MeVEnergy gain in one 17m module
@ 45MV/m
15.507 m15.765 m
Length of
end BP flange-to-end BP flangein the 17m module
8761752Total number of input coupler
112108Total number of cell inone 17m module
7x(2x8-cell)
Superstructure module
TESLA
12x9-cell module
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 508
Conclusion on the superstructure
• 2x8-cell superstructure can resolve the two
problems in LL shape : smaller cell-to-cell coupling,
smaller filling factor
• The 7x(2x8-cell superstructure) module can increase an energy gain by 20MeV with a
smaller length by 0.258 m.• Building 1752 (the same number in the TESLA
TDR) proposed the cryostat, the energy reachcan be a 1018 GeV in the 450m shorter tunnelthan TESLA one.
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 509
Comparison with other proposal
Energy Reach[GeV]
加加加加速速速速電電電電界界界界
(MV/m)
LNACLNACLNACLNAC有有有有効効効効長長長長
(km)
Fill factor
Leff/Ltunnel
(%)
LINACLINACLINACLINAC
全全全全長長長長
(km)
Tunnel長長長長
(km)
TESLA500 23.4 21.8 74.7 29.43 33
TESLA800 35.0
2x9-cell s s .
23.25 79.0 29.43 33
US
SCLC500
28.0 17.58 74.7 23.53 46.8
US
SCLC1000
35.0 28.30 74.7 37.88 46.8
SCLC500 35.0 14.07 74.7 18.84 33
SCLC1000 45.0
2x8-cell s s .
22.80 77.47 29.43 33
教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 510
SummaryWe are looking forward to hear the result from theITRP at the end of December in this year.