高圧純水洗浄による超伝導ブースターの性能回復

Recovery of acceleration field gradients of superconducting booster resonators by high pressure water jet rinsing

株本 裕史  ; 竹内 末広; 石崎 暢洋  ; 吉田 崇宏*; 石黒 貴之*; 山口 和司*

Kabumoto, Hiroshi; Takeuchi, Suehiro; Ishizaki, Nobuhiro; Yoshida, Takahiro*; Ishiguro, Takayuki*; Yamaguchi, Kazushi*

原子力機構東海の20MVタンデム加速器には重イオンのエネルギーを増強するための超伝導ブースターが設置されている。このブースターは40個の1/4波長型超伝導加速空洞で構成されるリニアックである。建設当時は1空洞あたりに4WのRF電力を入力した時の加速電界が5.0MV/m程度であったが、現在では約4.0MV/mまで低下してきている。超伝導加速空洞では表面のクリーンさが非常に重要であり、内部のニオブ表面へチリや金属粉が付着すると、高電界を発生させた時にトンネル効果で電子の電界放出現象(フィールドエミッション)が起こる。電子は高周波電場により加速されてニオブ表面に衝突し、制動X線発生や発熱、2次電子放出を引き起こすため加速電界が著しく制限される。われわれは高圧純水洗浄の技術を用いて性能の回復を試みることにした。高圧純水洗浄装置を製作して試験を行ったところ、洗浄によりフィールドエミッションの発生を抑えて加速電界を回復させることが確認できた。オンラインの20空洞に対しても洗浄処理を適用し、洗浄前には4.4MV/m(RF4W入力時)であった加速電界が洗浄直後には5.7MV/mまで回復した。

The JAEA-Tokai tandem accelerator was built for basic science researches with heavy ions. Its superconducting booster was completed in 1994 for increasing the acceleration energy of ions. The booster consists of 40 superconducting acceleration resonators and 10 cryostats. Every resonator is a coaxial quarter wave resonator (QWR) of which frequency is 129.8MHz, and optimum beam velocity is 10% of the light velocity. When it was built, the acceleration field gradients of superconducting resonators were 5.0MV/m at RF power input of 4W on their average. The performance decrease little by little, and it become 4.0MV/m now. Some of the resonators generate X-rays from a low electric field. A field emission will be occurred from small contaminations accumulated on the surfaces of niobium. We examined the high pressure water jet rinsing (HPWR) to re-recondition the superconducting booster. The HPWR is the technology of removing small contaminations on resonator surfaces, and very effective for the improvement of acceleration field gradients. The acceleration field gradients of 20 on-line resonators were improved from 4.4MV to 5.7MV on their average.