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109
室談話会ノート 09/July/2004 K.Saito 室談話402 Cold/Warm

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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

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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

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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

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 405・・・・・・・・

� の発見Higgs boson”

・・・・・・・・

・・・・・・・・

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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

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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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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 408

Global organization and ITRP

の技術選択LC

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 409

ITRP (International Technology Recommendation Panel)

アジア米

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 410

Superconducting (Cold) LC: TESLA

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 411

Normal conducting (Warm) LC: GLC/NLC

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 412

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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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 413

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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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito

     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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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 415

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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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 416

Cold Technology

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 417

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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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 418

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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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 419

Fabrication of TESLA Cavities

EBW

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 420

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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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 421

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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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 422

He-Vessel on Cavity

チタン製液体ヘリウムタンク

2K

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 423

TESLA High Power Coupler

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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

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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

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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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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 427

TTF Cryostat Cross-section

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 428

FFT (TESLA Test Facility)

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 429

TTF Injector

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 430

Cavity Performance in the TTF Cryomodule

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 431

Latest cavity performance in the module

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 432

High gradient cavity performance with all cryomodules

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 433

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

[email protected]/m

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 434

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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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 435

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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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 436

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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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 437

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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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 438

Frequency detuning by Lorentz force

Df

 大L

 大C

      小fLC

c =1

2pp

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 439

Piezo Tuner

Piezo

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 440

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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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 441

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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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 442

Cryomodule in the TESLA Tunnel

17m

台1752

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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

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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

◊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

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 445

500

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 446

TESLA TDR

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 447

Warm Technology

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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。

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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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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 450

Cell Fabrication

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 451

Cell Assembly Environment

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 452

Stacking of cells

1.8mstructure ではではではではGLC 60cm structure

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 453

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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

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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

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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

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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

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 458

Vg vs Processing

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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

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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

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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

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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

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 463

Mg-S on un-heated Copper

Cornell study

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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

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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

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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

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 467

Study results

Magnetic field causes much more

serious breakdown.

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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

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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

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 470

Latest study on pulse heating in CERN

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 471

Modification of Coupler Geometry

m

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 472

Large particulate contamination

Cell35 Stainless ball

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 473

Aluminum large particle

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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

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 475

RF Breakdown in Copper Cavity

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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

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 477

Warm RF Unit

~30m

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 478

High power PPM Klystron

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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

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 480

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 481

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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

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 483

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 484

RF Unit Test

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 485

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 486

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 487

Warm Tunnel Design

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 488

Site Study in Japan

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 489

Warm LC Site Candidates in US

California Illinois

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 490

X-Band Warm TDR

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 491

R&D for the TESLA800

KEK/DESY Collaboration

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 492

Development of High Gradient TESLA Cavity

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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

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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

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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

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 496

EP technology transfer from KEK toDESY under the Agreement

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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!!

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 498

Reconfirmation of the EP superioritywith high gradient in DESY

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 499

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教室談話会ノート09/July/2004 K.Saito 500

50 MV/m Cavity

for 33km-One TeV SCSL

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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.

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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.

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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

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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.