2018 Fiscal Year Annual Research Report
Cryogenic photonic assisted cavity for the accelerating strucuture with high quality factor and high electric field
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16H02134
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
吉田 光宏 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 准教授 (60391710)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 加速器 / フォトニック |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の加速管構造としては、誘電体と真空部が周期的に並ぶ2次元フォトニック構造で高周波電力の大部分を内部に閉じ込め、最外殻部に位置する常伝導壁での電界強度を下げ、高周波損失を低減化させるフォトニックアシスト型とする。
加速管内部が誘電体のみで構成されているため、加速管の放電限界は、誘電体の耐電圧で決まる。
一般的に、誘電体の耐電圧は、金属の約数十倍高いため、原理的には加速電界が100MV/mを超える超高電界加速が可能であると考えられる。既に様々な高純度セラミックスの材料測定を行い、100万以上のQ値が得られている。また単層のフォトニックアシスト型空洞の低電力試験で既に常伝導では到達不可能な室温で10万程度のQ値が得られている。従って、本研究期間内に明らかにする課題は、これらの空洞の高電界試験を行い、超高電界の加速空洞を実現する。
昨年度は、高電界試験の結果からセラミックの放電箇所や改善点が判明し、２次電子放出を抑制するためのコーティングを行った空洞の高電界試験を行い、従来より高い電界が得られる事が確認できた。
さらに誘電体構造に関しても量産型の新たな構造の最適化のための設計・製作を行い、冷却効率や真空のコンダクタンスを遥かに改善できる新しい構造が決定した。
また２次電子放出係数の測定等を行い、熱処理やコーティングにより２次電子放出係数の違いを評価した。また冷凍機を用いて誘電体空洞を冷却するためのコンポーネントの製作等を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
５セルでの高電界試験を行っており、放電箇所などの特定から、コーティングを行い従来より高い電界が得られるようになった。
また構造に関しても冷却や真空排気、量産性等を考慮した新しい空洞の設計が完了した。
これらから計画通りに研究は進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度はコーティングや熱処理方法等の試験を行い。目標の電界を得るための実証実験を進める。
また誘電体材料の２次電子放出の評価を行うと共に、誘電体の放電特性を測定するための専用の
空洞を製作し、これを用いて放電特性の評価を行う。
さらに新たに設計した冷却性能や真空排気、量産性を考慮した誘電体構造に関しても製作を行う。
以上に加えて、引き続きセラミック自体の高純度化・高品質化の研究も行う。セラミックでの誘電損失は、セラミック焼結時に添加する焼結補助剤などの不純物やセラミック内の気孔、微小な欠陥などの場所で起こるものが支配的である。そのため、セラミック自体の高純度化・高品質化により室温でさらに高いシャントインピーダンスの加速空洞が実現できると期待される。
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