Titanium nitride-coated ceramic break for wall current monitors with an improved broadband frequency response

TiNつきのセラミックブレイクのモニターへの応用

菖蒲田 義博   ; 外山 毅*

Shobuda, Yoshihiro; Toyama, Takeshi*

加速器では渦電流を抑制するためセラミックブレイクと呼ばれる絶縁体のリングを挿入する。セラミックブレイクにはセラミック単体のものと内側をTiNで15nm程度コーティングしたタイプのものがあるが、ビームに付随する壁電流がセラミックブレイクを通過する時、壁電流がどのように放射場や変位電流を誘起するかは自明ではない。われわれは、壁電流はビームのエネルギーロスが最小化するようにその形態を変異していくことを理論的に解明してきた。そして、TiNが15nmと極めて薄く、スキンデプスがTiNの厚みを超えるような場合、壁電流はDC電流としてTiNを流れ続けることを明らかにした。これは、TiNが15nmと極めて薄い場合、ビームの壁電流が広帯域に渡り周波数依存性をもたなくなることを意味する。この性質を利用すると壁電流を測定するだけで、ビームの形状を直接測定できるようになる。加速器でよく使われるストリップライン電極を用いた測定では、その低周波での特性からビームの微分波形が誘起されるので、セラミックブレイクを使った結果は従来とは著しく異なる。本論文では、このようなモニターが動作する理論的裏づけと測定による実証を行なった。

The beam impedance of a ceramic break with titanium nitride (TiN) coating consists of three electric components in parallel: resistive wall term caused by TiN, radiation term, and capacitive term made by the ceramic itself. The entire wall current continues to run in the thin TiN even when the skin depth is much larger than the chamber thickness, except for the extremely thin TiN satisfying the condition that the radiation loss from the ceramic break becomes lower than the energy loss due to the DC-current on the thin TiN. This characteristic is useful in developing a wall current monitor with an improved frequency response. This study demonstrates the feature of the "ceramic break" monitor up to a few GHz from the theoretical and measurement points of view.