ESS-Bilbao Initiative Workshop.Review of SC spokes cavities for low-medium energy.
-
Upload
ess-bilbao -
Category
Technology
-
view
383 -
download
4
description
Transcript of ESS-Bilbao Initiative Workshop.Review of SC spokes cavities for low-medium energy.
������������������������������������ �������� ������������ ���������������� ������������ �������������������������������������������������������������������������������������������������������� � ���������� ���������� ���������� ���������
���������������� ���������������������� ����������������������� ����� �������� ����� �������
������������������������������������ �������� ������������ ���������������� ������������ �������������������������������������������������������������������������������������������������������� � ���������� ���������� ���������� ���������2
� ��������� ���� ������� ������������ ���� ����!"���� #$%%&
' ��(����)��*����� ��(��+��� ��� �������!"�, , -�. ������"�/ ���� ��)�"�$%%&
���0 1� ���-) �����������0���2�� �� -��!"�, , -�. ������"�/ ���� ��)�"�$%%&
���0 1� ���0���2�� �/ ���)� � ��� �� �������!"�, , -�. ������"�/ ���� ��)�"�$%%&
����������� ����������������������� ������������
Low-beta SC Nb CommunityJuelich
Spoke Community
������������������������������������ �������� ������������ ���������������� ������������ �������������������������������������������������������������������������������������������������������� � ���������� ���������� ���������� ���������3
) ���� ���
���� ����3' 4 �5
�����������
���� ����3� � �5
�) ��������� ����6�) ��������� ����6
78$�. ' 9
β:�%�78
� �� :�$8 �� �
βλ;$ :�<=> � �
9?����:%�7@βλ;$
* A
z_spoke
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 20 40 60 80 100 120 140
z / mm
Ez
/ Ez
max
βλβλβλβλ / 2*������
2 A
������������������������������������ �������� ������������ ���������������� ������������ �������������������������������������������������������������������������������������������������������� � ���������� ���������� ���������� ���������4
β :�%�<8 β :�%�78β :�%�88
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
beta = v/cE
_pk
/ E_a
cc
spokehwr
0
2
4
6
8
10
12
14
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6beta = v/c
B_p
k / E
_acc
[m
T/M
V/m
]
spoke
hwr
150160170180190200
210220230240250
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
beta = v/c
cavi
ty r
adiu
s/le
ngth
[m
m]
spokehwr
����� ���)������� ���)�����B�:�78$�. ' 9
��β ↓↓↓↓
��� ��↓↓↓↓
����� � �� ���↑↑↑↑
���������� ���↓↓↓↓
����������)�↓↓↓↓ ����
��������B�����) ����3<CD�. ' 95
��β ↑↑↑↑
��� ��↑↑↑↑
����� � �� ���↓↓↓↓
���������� ���↑↑↑↑
������9��↑↑↑↑ ����
�������� �����
������������������������������������ �������� ������������ ���������������� ������������ �������������������������������������������������������������������������������������������������������� � ���������� ���������� ���������� ���������5
��������� ������������� ��������������
E������ �� ���"���� ��"�0�/ -�>$
� ���������� ������ A�� �����F����+��� ��������������������A���������"�A��� ������������������� �������� �����A����→→→→ ��� ������� ��������������������������� �)
������������������������������������ �������� ������������ ���������������� ������������ �������������������������������������������������������������������������������������������������������� � ���������� ���������� ���������� ���������6 ������
������ A�� ����� ������ A�� ������� ���������������� ��������������������
����������� ���������� ���
����������� ������
��� ��������!���"������ �
#����$� ����!�������
�����F
�������"�������� ����
�������������� ��
/ 0
�G E
������������������������������������ �������� ������������ ���������������� ������������ �������������������������������������������������������������������������������������������������������� � ���������� ���������� ���������� ���������7
������ A�� ����� ������ A�� �����FF ������������
�����$������"���"
�������F
�������"�������� ����
�������������� ��
�����A����F
����3$�75�� ��
����� ����� ����
/ 0
�G E
�1���� ��������������������F
��������A������� ������� �����)���
������������������������������������ �������� ������������ ���������������� ������������ �������������������������������������������������������������������������������������������������������� � ���������� ���������� ���������� ���������8
������ A�� ����� ������ A�� ������� ��������������
���������������)���������������������������������� ����)���������)��� �������<�=�� �
, )��� ���������� �������������������) ������ ������������������"������)������������ �)�������
, )��� ������� ��F ����������A �"�A�������������� ��
������������������������������������ �������� ������������ ���������������� ������������ �������������������������������������������������������������������������������������������������������� � ���������� ���������� ���������� ���������9
����� ���������� �����
β = v/c��� ��� ��� ��� ��� ���
�� ����������
tsr 760MHz
β=0.2 FZJ
tsr 352MHz β=0.48
FZJ
dsr 345MHz
β=0.4 ANL
tsr 352MHz
β=0.3 IPN
tsr 345MHz
β=0.5 ANL
tsr 345MHz β=0.64
ANL
tsr 325MHz β=0.62
Fermilab
ssr 352MHz β=0.15
IPN
ssr 855MHz
β=0.5 ANL
ssr 352MHz β=0.35
IPN
ssr 345MHz
β=0.3 ANL
ssr 345MHz
β=0.4 ANL
ssr 325MHz
β=0.4 Fermilab
ssr 325MHz β=0.22
Fermilab
ssr 350MHz β=0.175
LANL
hwr 176MHz β=0.11
FZJ hwr 172.5MHz
β=0.26 ANL
hwr 175MHz β=0.094
IFMIF
hwr 176MHz β=0.09 ACCEL
hwr 175MHz β=0.166
IFMIF
hwr 176MHz β=0.16 ACCEL
hwr 176MHz β=0.15
Legnaro
hwr 355MHz β=0.12
ANL
hwr 322MHz β=0.28 MSU
ch 360MHz
β=0.1 FrUni
������������������������������������ �������� ������������ ���������������� ������������ �������������������������������������������������������������������������������������������������������� � ���������� ���������� ���������� ���������10
))�� ))�� � ����� �����������6�����6
19-gap CH 360MHz β=0.1
FraUni, 2005Vertical test: 7 MV/m
H-cavity
V. V. Vladimirsky, 1956
P. Blewett, 1956
10-gap multi-spoke 700 MHz β=0.2, Juelich, 1999
7-gap CH 325 MHz β=0.15, Frankfurt Uni, 2007
clean problems!
������������������������������������ �������� ������������ ���������������� ������������ �������������������������������������������������������������������������������������������������������� � ���������� ���������� ���������� ���������11
β :�%�=&β :�%�<& β :�%�>&
������A�� ������A�� ���B�����:��78$�. ' 9
0
2
4
6
8
10
12
14
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
beta = v/c
Bp
k / E
acc
[m
T/M
V/m
]
0
1
2
3
4
5
6
7
Ep
k / E
acBpk/Eacc
Epk/Eacc
150
170
190
210
230
250
270
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
beta = v/c
rcav
[m
m]
��������� ���A+����������β :�<���
��������������������������� ������������
������A��� � ����� ��� ���) ������� A�� ��
������B�����+�� �� ��� � ��������������
������������������������������������ �������� ������������ ���������������� ������������ �������������������������������������������������������������������������������������������������������� � ���������� ���������� ���������� ���������12
)�������������� �����)�������������� �����
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
beta = v/c
Epk
[M
V/m
]
4 K2 Ktesla @ Eacc=30
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
beta = v/c
Bpk
[m
T]4 K2 Ktesla @ Eacc=30
0
2
4
6
8
10
12
14
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
beta = v/c
Eac
c [M
V/m
]4 K
2 K
0 �:�3��� A������� ��1������ ��A�� �1�� � A� 5;$
�� ���� ��� ���������������� �������)������)�������� ������A������ )�����)�� � ���� ����� ���������������A�� � �����
������������������������������������ �������� ������������ ���������������� ������������ �������������������������������������������������������������������������������������������������������� � ���������� ���������� ���������� ���������13
��������� � ���� ��������� � ����
5� �� / 0�� <8% �� �����H�
2-(����)�� �� ���' �H' / �7H' 7(�= <H<H$ � ���� �1��*�)����������������C% � ���>% �� �������2�������������� ����� ������������A����� "����� ������� ������)����)�3/ A�I�<%�;�5�� ������ ��� ����� ��� ����<8�> ��- ���� ��������� �<=�> ��-����<C ��-����������)�����4 ����)�����������������<<> �� �������� ��� ���
A5�' (�� �� / 0�-� �<% ��� �� �� ����� <8% �� �����H
������ ��H���99��� ���������)�D ����� ������ ����+��"������ )� ��J=8�"�>%� ����=8� ���� ��� 1���4 ���� ��������� ��� A������� 1�� ����� ���� �������� 1��3����������������)�� ����5� �� A����7�� ;� ����E ��������� ������ �) �����D ���� ������� ������������� ��������������� ��� ���� A����$% �� ���� ��� )������� ������- ������������������������ ����������� �� ���3� ��� ��������5� ������������������-� �<% � �� ��������)���
R.Wagner, HB2008
ssr 325 MHz β=0.22 Fermilab
<5�, )��$ ����A��� ������ ��� ����)�� �����)������ �� ����������)�� �� � ������� ������ ���� ��<%% �� ������� � ���� ���)���)����� ��� � ���������<8% �� ������*(�� � � ��� ����)��� �� ���� ��� ������� 3, :7%�-"�K ��� ���<$�<& �K " �������7% �� ;� $ "�&8 H<% ������H)����������5 5��)������� ��� �������������)���A���� �����)���������� � ��� ��� �� )���� ����������' � (*�) �����)� ������ �������� ����� ��, )�� �)������ ��� ������������ �� ��� ���� �37%%7�����5���A���� �� L7�� � A�����)�������� ��� A����<$ ��������� � �� ���*(���������� ���������)������� ����)�� ���� ����������)� �' � (*��� ���� ���, )� ���� ����� ���������� ������� )������� ������ ������L8%�C8 �� ������� � ���� ������A �)���� ���A5��)��)������� �����������)��� ��� ������ �������� ���� ���)� ��� ����� �������)��A����� ����� ���)�� ������ ��������)��� �� ������������������������)�� ����, )� �)����� � ��� � ��� ���� ��A�����)������M������M��) �����+������������)� A����� �����)� ������� ��)������5� �� �� ��' (������)��*(N������ � �������� ���A������������� A� � ����������)���)���������������)����5� �<% �� ������� �� ���2-(�� �������� �������)��������� ���� ��������������� ���� ����������������������3�� �� ������)��� *� O �M�� ) *(M5�5�, )�� ������ ��)���)��)���������������)����)�� )�����)� ����������3$ �A� � �J�7��������5�����L<�)����������������)��� ��� � � ���� ��L<%% �A ����99���������� ���<8 ����������� ��������� �����P�)����� ���������� � ����������� ������ ����� ����� ������ ��)��� �)�� ������ �����������$ �� �� ����)���� ���������� �� ����� ��� ���� ��
) ��� ���3� ������� ���"�������� ���� ���� �2��A���5� M. Kelly, Jan., 2009
tsr 345 MHz β=0.5-0.64 ANL
������������������������������������ �������� ������������ ���������������� ������������ �������������������������������������������������������������������������������������������������������� � ���������� ���������� ���������� ���������14
��������� � ���� ��������� � ����
1.E+08
1.E+09
1.E+10
0 2 4 6 8 10 12 14
Eacc [MV/m]
Q0
test 2 (T=2 K)test 2 (T=4.2 K)test 1 (T=2 K)test 1 (T=4.2 K)
M ult ipacting
FE
After test 1 the cavity was warmed up, disassembled, degreased and heattreated at 600 C for 10 hrs. After furnace treatment, degreased and bcpwith 1:1:3 in steps of 5 min each ( on sample app. 0.9 microns/min); totaltime of bcp 30 min; then HPR in 2 locations axially with cavity rotating,app. 30 min each, R@D hpr system. Cavity dried in class 10 clean roomover night and assembled next morning (PK); attached to test stand andevacuated; prior to cooldown, p~ 1.2e-8 mbar, cont'd next day afterHelium top off. P. Kneisel, Feb., 2008
tsr 760 MHz β=0.2 FZJ Jlab test
2-(� ��-* �� � �����$%%$H��)�� ������ ��� � ��������������������)�� ���A �)���� ������������������A��, �������������������� �H���� ������)����� A����<8%�Q� �
' (�����$%%$� ��-* ;� � �H��������)����)�A� � �����H� A����=8� ������<);A� � �������(���������&%;<%%A �� G. Olry, HIPPI Meeting, Sept., 2004
ssr 352 MHz β=0.35
IPN Orsay
������������������������������������ �������� ������������ ���������������� ������������ �������������������������������������������������������������������������������������������������������� � ���������� ���������� ���������� ���������15
stiffening rings
)���� A�����6)���� A�����6
78$�. ' 9"�β :�%�=&"��G EC%=�. ' 9"�β :�%�=C"�-* C%=�. ' 9"�β :�%�=C"��/ �/
-60
-50
-40
-30
-20
-10
01.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06 1.E+07
K_ext [N/mm]
K_L
[H
z/(M
V/m
)**2
]
fzj tsrinfnsaclay one.ringsaclay tw o.rings
-1200
-1000
-800
-600
-400
-200
01.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06 1.E+07
K_ext [N/mm]
K_V
[H
z/m
bar
]
fzj tsrinfnsaclay one.ringsaclay tw o.rings
������������������������������������ �������� ������������ ���������������� ������������ �������������������������������������������������������������������������������������������������������� � ���������� ���������� ���������� ���������16
���������� ���������� ���������� ����������
2 A2 A * A
� ���� ��A������� ���������)�������;����������� �� ������������ ���
���1�A���������������;����������� �� �������� �����3 ����� ���� ��"������������������ ������� � ���5
* A2 A
tuning in max b-
field
������������������������������������ �������� ������������ ���������������� ������������ �������������������������������������������������������������������������������������������������������� � ���������� ���������� ���������� ���������17
)��)� ������ A������� �)��)� ������ A������� �
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06 1.E+07
K_ext [N/mm]
K_V
[H
z/m
bar
]
tsr.0.98_lhe.vesseltsr.0.48_lhe.vesseltsr.0.98_no.lhe.vesseltsr.0.48_no.lhe.vessel
external pressure deformations
-6.0
-5.0
-4.0
-3.0
-2.0
-1.0
0.01.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06 1.E+07
K_ext [N/mm]
K_L
[H
z/(M
V/m
)**2
]
tsr.0.98_lhe.vessel
tsr.0.48_lhe.vessel
lorenz forces deformations
������������������������������������ �������� ������������ ���������������� ������������ �������������������������������������������������������������������������������������������������������� � ���������� ���������� ���������� ���������18
����������������������������������*��� ��� ���-�� � ��������A� � ���� � ������ -�, ������� �����- �����"�� -0� ���(. � !"��' �((�� ��� ��
. ������"�$D�$C �� ����� A��"�$%%C "��(/ ��� ��F ����� � �����0�/ -="�>%�<D%�. �K
� ����-�������- �����C%=�=�. ' 9
(��� ����� ��������78$�$�. ' 9
� -�, ������� �����- �����78$�$�. ' 9
3J5�)��)����B�����→→→→ )��)�)������ ��� ��
3J5���������� ������ ����������
3�5�A������ A����������������
3�5�) ������������������� �������������B�����) ����������
3J5��� ��������� �) �� ���������
3J5��� �������������������
3J5�������B�����) ����������
3�5�������)������ ��� ��
3J5��� �����9��L%�8λ 3L%�>λ ����, . ��������5�→→→→ ���)�� � ���� ����9��) ���������B�����→→→→ � ���������� ��� ��
3J5�=����; �����→→→→ A�� ���������� ��� ���→→→→ +��������������� ���������>%�<D%�. �K
3J5�������B�����) ����������
3�5�������� ������1��������������