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2012 年度 実施状況報告書

超伝導空洞精密位置測定装置を用いた大電流ERLビーム不安定性の基礎研究

研究課題

研究課題/領域番号 23740221
研究機関大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構

研究代表者

阪井 寛志  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, 助教 (50345229)

キーワード超伝導空洞 / エネルギー回収ライナック / CWライナック / モニター / 超精密測定 / 加速器 / 極低温 / ビーム不安定性
研究概要

本年度は、昨年度のテストベンチでの評価を基にして、実機のレーザー位置変位計を製作し、製作したERL用クライオモジュールを用いた2K冷却中の位置測定を行った。特にASE光源の4軸方向分配による強度不足が問題であったため、空洞の一か所のみの垂直、水平の2方向の測定に絞り、2軸化への方針変更を行った。また、本変位計とは独立に超伝導空洞に設置した光学ターゲットを用い、極低温中での空洞の変位を追随可能とし、冷却中の変位計の読みの相補チェックを行った。具体的には光学ターゲット中心をLEDで照らし、テレスコープで読み取ると同時に光学ターゲット上面、横面に作成した参照面の動きを本変位計にて測定することで水平方向と垂直方向の冷却中の動きに対する光学ターゲットとの相関データを取得可能とした。
クライオモジュールの2Kまでの冷却中の測定の詳細を述べる。測定光学ターゲットはセンサーのファイバー出口から600mm離れた断熱真空槽内に置かれ、ビューポートを通して水平方向、垂直方向の変位を冷却中常時測定した。特に加速器室内での温度変化抑制のため、温度安定化ファイバーを用いて測定を行った。室温から2Kまでの冷却は2週間かけてゆっくり行われ、常温から2K冷却後の温度変化はモジュール熱設計通りに、水平方向で0.2mm、垂直方向で1mmの変位が測定された。
本変位計にて達成された結果は、1)テレスコープの精度の±0.1mm程度で光学ターゲットとの相関が得られたこと、2)特にテレスコープの精度では見られなかった冷却中の空洞温度との詳細な相関が得られたこと、3)2K到達温度での安定な状態では水平、垂直方向とも変位計の測定値が±10μmの精度で12時間以上安定であったことである。
昇温後、変位が元の位置に戻っていることも確認し、本変位計がクライオモジュール内の空洞の変位を±10μmの精度で測定可能であることを実証した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

研究の目的に書いた項目A)~D)のうち、前年度までに「A)精密位置測定装置のテストベンチでの性能評価」、及び、「B)ERL用超伝導空洞のクライオモジュールの設計、実機精密位置測定装置の設計」が終わり、今年度にて本研究開発の鍵である「C)実機クライオモジュールでの精密位置測定装置の実証実験(10μm以下の測定)」が終了した。次年度に研究予定の項目である「D)本精密位置測定装置を用いたERLのビーム不安定性の詳細研究」に向けて順調に進展している。

今後の研究の推進方策

平成24年度にて本精密位置測定装置の2軸化を行い超伝導空洞の水平方向、垂直方向の2軸の位置の精密測定が可能となった。平成25年度はERL試験加速器のビーム運転が始まり、超伝導空洞に対するビーム不安定性の基礎研究を行う。具体的には空洞内に励起する高次モードによるビーム不安定性(HOM-BBU)や他、ビームの位置、バンチの電荷量やビーム電流量、バンチ長、連続ビームとパルス運転での運転モード、これらを変えた際のビーム変動を追い、ビーム不安定性の違いを調べると同時に、ビームから誘起される空洞起因の高次モードのモノポールモードによる発熱の抑制などが評価の対象である。これらビーム運転実験中に空洞の位置が変化していないか、振動を起こしていないかなどを常時、モニターする。また発熱などにより、空洞が変位していないかなどの詳細な情報も本位置測定装置にてモニターする。不安定性が大きい場合などはビームだけではなく、空洞位置そのものを変位させ、変位量を位置モニターでモニターし、周回ビーム軌道を変えずに空洞変位に対するビームの応答を測定することも研究の対象である。
これらのデータの解析を行い、大電流ERLビーム時におけるビーム不安定性の解明と解決を試みる。

次年度の研究費の使用計画

今年度の前倒し請求にて、次年度に請求した助成金は無くなったが、前倒し請求にて購入した取付冶具及びLEDライトセレクターが最終的に当初予定額よりも安くなったため、残額を次年度への予算とした。
次年度分の予算の使用は、主に国内旅費、学会発表用の旅費、また論文執筆時の英文校閲などに充てる予定である。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2012

すべて 雑誌論文 (9件) 学会発表 (4件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Status of Main Linac Cryomodule Development for Compact ERL Project2012

    • 著者名/発表者名
      Kensei Umemori, Kazuhiro Enami, Takaaki Furuya, Hiroshi Sakai, Masato Satoh, Kenji Shinoe, Masaru Sawamura, Enrico Cenni
    • 雑誌名

      Proceedings of International Particle Accelerator Conference 2012 (IPAC2012)

      巻: Vol.1 ページ: p67-69

  • [雑誌論文] Field Emission Simulation for KEK-ERL 9-cell Superconducting Cavity2012

    • 著者名/発表者名
      Eenrico Cenni, Takaaki Furuya, Hiroshi Sakai, Kensei Umemori, Kenji Shinoe, Masato Satoh, Masaru Sawamura
    • 雑誌名

      Proceedings of International Particle Accelerator Conference 2012 (IPAC2012)

      巻: Vol.1 ページ: p295-297

  • [雑誌論文] Vertical Test Results for ERL 9-cell Cavities for Compact ERL Project2012

    • 著者名/発表者名
      Kensei Umemori, Takaaki Furuya, Hiroshi Sakai, Masato Satoh, Kenji Shinoe, Masaru Sawamura, Eenrico Cenni
    • 雑誌名

      Proceedings of International Particle Accelerator Conference 2012 (IPAC2012)

      巻: Vol.1 ページ: p2227-2229

  • [雑誌論文] ERL主ライナックのためのカプラー開発 -- カプラー実機におけるエージング試験 --2012

    • 著者名/発表者名
      篠江憲治、阪井寛志、佐藤昌人、梅森健成、沢村勝、中村典雄、古屋貴章, Enrico Cenni
    • 雑誌名

      Proceedings of the 9th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan

      巻: Vol.1 ページ: p1026-1030

  • [雑誌論文] Overview of CW Input Coupler for ERL2012

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Sakai
    • 雑誌名

      Proceedings of 15th International Conference on RF Superconductivity 2011 (SRF2011)

      巻: Vol.1 ページ: p951-955

  • [雑誌論文] Construction of cERL Cryomodules for Injector and Main Linac2012

    • 著者名/発表者名
      Kensei Umemori, Takaaki Furuya, Eiji Kako, Shuichi Noguchi, Hiroshi Sakai, Masato Satoh, Toshio Shishido, Ken Watanabe, Yasuchika Yamamoto, Kenji Shinoe, Masaru Sawamura, Enrico Cenni
    • 雑誌名

      Proceedings of 15th International Conference on RF Superconductivity 2011 (SRF2011)

      巻: Vol.1 ページ: p956-961

  • [雑誌論文] Vertical Test Results on KEK-ERL 9-cell L-band Superconducting cavity2012

    • 著者名/発表者名
      Enrico Cenni, Takaaki Furuya, Hiroshi Sakai, Kensei Umemori, Kenji Shinoe, Masaru Sawamura
    • 雑誌名

      Proceedings of 15th International Conference on RF Superconductivity 2011 (SRF2011)

      巻: Vol.1 ページ: p789-794

  • [雑誌論文] Cooling Properties of HOM Absorber Model for cERL in Japan2012

    • 著者名/発表者名
      Masaru Sawamura, Kenji Shinoe, Takaaki Furuya, Hiroshi Sakai, Kensei Umemori, Enrico Cenni
    • 雑誌名

      Proceedings of 15th International Conference on RF Superconductivity 2011 (SRF2011)

      巻: Vol.1 ページ: p350-352

  • [雑誌論文] High Power Tests of KEK-ERL Input Coupler for Main Linac under LN2 Condition2012

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Sakai, Takaaki Furuya, Norio Nakamura, Kensei Umemori, Kenji Shinoe, Masaru Sawamura, Enrico Cenni
    • 雑誌名

      Proceedings of 15th International Conference on RF Superconductivity 2011 (SRF2011)

      巻: Vol.1 ページ: p356-360

  • [学会発表] ERL主ライナックのためのカプラー開発 -- カプラー実機におけるエージング試験 --2012

    • 著者名/発表者名
      篠江憲治、阪井寛志、佐藤昌人、梅森健成、沢村勝、中村典雄、古屋貴章, Enrico Cenni
    • 学会等名
      第9回日本加速器学会年会
    • 発表場所
      大阪
    • 年月日
      20120808-20120811
  • [学会発表] Status of Main Linac Cryomodule Development for Compact ERL Project2012

    • 著者名/発表者名
      Kensei Umemori, Kazuhiro Enami, Takaaki Furuya, Hiroshi Sakai, Masato Satoh, Kenji Shinoe, Masaru Sawamura, Enrico Cenni
    • 学会等名
      International Particle Accelerator Conference 2012 (IPAC2012)
    • 発表場所
      New Orleans, Louisiana, U.S.A
    • 年月日
      20120520-20120525
    • 招待講演
  • [学会発表] Field Emission Simulation for KEK-ERL 9-cell Superconducting Cavity2012

    • 著者名/発表者名
      Eenrico Cenni, Takaaki Furuya, Hiroshi Sakai, Kensei Umemori, Kenji Shinoe, Masato Satoh, Masaru Sawamura
    • 学会等名
      International Particle Accelerator Conference 2012 (IPAC2012)
    • 発表場所
      New Orleans, Louisiana, U.S.A
    • 年月日
      20120520-20120525
  • [学会発表] Vertical Test Results for ERL 9-cell Cavities for Compact ERL Project2012

    • 著者名/発表者名
      Kensei Umemori, Takaaki Furuya, Hiroshi Sakai, Masato Satoh, Kenji Shinoe, Masaru Sawamura, Eenrico Cenni
    • 学会等名
      International Particle Accelerator Conference 2012 (IPAC2012)
    • 発表場所
      New Orleans, Louisiana, U.S.A
    • 年月日
      20120520-20120525

URL: 

公開日: 2014-07-24  

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