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論文

Resonance structures in the impedance of a ceramic break and the measured results

菖蒲田 義博; 外山 毅*; Chin, Y. H.*; 高田 耕治*

Proceedings of 54th ICFA Advanced Beam Dynamics Workshop on High-Intensity, High Brightness and High Power Hadron Beams (HB 2014) (Internet), p.74 - 78, 2015/03

Recently, we have developed a new theory to evaluate longitudinal and transverse impedances of any size of ceramic break sandwiched between metal chambers. The theory successfully reproduces the resonance structures in the impedance due to trapped modes inside the ceramic break. The comparisons between the theoretical and the simulation results such as ABCI and CST Studio show excellent agreements, indicating that they can be used as a good benchmark test for accuracy of simulation codes. To demonstrate the existence of such resonances, the transverse impedance of the ceramic break is measured using the wire-method. The measurement results reproduce the simulations well. The theory is particularly useful for the evaluation of the impedance of the ceramic break with titanium nitride coating.

論文

Impedance of a ceramic break and its resonance structures

菖蒲田 義博; Chin, Y. H.*; 高田 耕治*

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 17(9), p.091001_1 - 091001_41, 2014/09

 被引用回数:4 パーセンタイル:55.88(Physics, Nuclear)

A new theory is developed to evaluate longitudinal and transverse impedances of any size of ceramic break that is sandwiched between metal chambers. The theory has been numerically compared with the codes ABCI and CST studio. Excellent agreements are obtained with both codes, in particular with ABCI. The theory successfully reproduces resonance structures of the impedance due to trapped modes inside the ceramic break, which are enhanced by the difference of the dielectric constants between the ceramic and the surrounding space. Moreover, the theory can evaluate the impedance of the ceramic break with Titanium Nitride coating. We discuss several characteristics of the impedances, especially the difference between the impedances of the ceramic break covered with and without a conductive wall on its outer surface.

論文

Ribbon thickness dependence of the magnetic alloy core characteristics in the accelerating frequency region of the J-PARC synchrotrons

野村 昌弘; 島田 太平; 田村 文彦; 山本 昌亘; 原 圭吾*; 長谷川 豪志*; 大森 千広*; 高田 耕治*; 戸田 信*; 吉井 正人*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 749, p.84 - 89, 2014/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:85.28(Instruments & Instrumentation)

高いシャントインピーダンスを持つ金属磁性体コアの開発を行っている。コアのシャントインピーダンスはビームパワーを高めるために重要なパラメータである。我々は2つの方向からこのシャントインピーダンスを高めようとしている。一つは磁場中熱処理により磁気特性を向上させる方法。もう一つはコアを構成しているリボンの板厚を薄くすることにより渦電流の効果を弱める方法である。この論文では後者の方法について述べている。

論文

共振周波数を用いた誘電率測定とRF窓の反射低減

青 寛幸; 浅野 博之; 田村 潤; 大内 伸夫; 高田 耕治*; 内藤 富士雄*

Proceedings of 9th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1124 - 1126, 2013/08

アイリスで導波管と結合した定在波形空洞にRF窓を取り付ける場合、RF窓の反射(VSWR)により、クライストロン側から見た負荷全体(RF窓と空洞)のVSWRが変化する。したがって、空洞単体で調整済みのVSWRを変化させないようにし、かつRF窓と空洞間の定在波の発生を抑えるため、RF窓の反射(VSWR)を小さく抑える必要がある。今回、同一のセラミック材(NTK HA95)を用いたにもかかわらず、RF窓のVSWRがセラミックの製作ロットに依存するということが明らかとなった。そこで、ピルボックス型RF窓のVSWRを小さく抑えるため、製作工程の途中でセラミックの誘電率を共振周波数を用いて直接測定することを考えた。今回は、同一のセラミック材(NTK HA95)を用いて3台のRF窓を製作し、この直接測定を用いてVSWRで1.05以下に抑えることができた。またこの測定結果から、誘電率と密度との相関が認められた。

論文

Condition of MA cut cores in the RF cavities of J-PARC main ring after several years of operation

野村 昌弘; Schnase, A.; 島田 太平; 田村 文彦; 山本 昌亘; 佐藤 智徳; 山本 正弘; 絵面 栄二*; 原 圭吾*; 長谷川 豪志*; et al.

Proceedings of 2nd International Particle Accelerator Conference (IPAC '11) (Internet), p.107 - 109, 2011/09

J-PARCの2つのシンクロトロンでは、金属磁性体コアを採用している。MR RF空胴でインピーダンスの低下が観測された。RF空胴を開け調査した結果、インピーダンスの低下はカットコアの切断面の腐食が原因であった。この腐食を促進した原因は、冷却水中に含まれる主電磁石ホロコンからの銅イオンと考えられる。

論文

J-PARC linac ACS加速空洞

青 寛幸; 浅野 博之; 田村 潤; 大内 伸夫; 長谷川 和男; 森下 卓俊; 高田 耕治*; 内藤 富士雄*; 山崎 良成

Proceedings of 8th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), 3 Pages, 2011/08

Annular-ring Coupled Structure (ACS)型加速空洞は2009年から量産が始められた。本計画では加速モジュール18台、デバンチャーモジュール2台を3年間で製作する。現状、工程は順調に推移し、加速モジュール10台の製作が完了した。またデバンチャーを除く大半の加速モジュールの周波数調整は終了し、加速モジュールで14台分までのロウ付けが完了している。量産で製作したモジュールのうち1台については、1.6MWまでの大電力試験を完了した。この電力は加速電場の設計値4.2MV/mに比べて15%増しのマージンを持つ値に相当する。

論文

Coupling impedances of a short insert in the vacuum chamber

菖蒲田 義博; Chin, Y. H.*; 高田 耕治*

Proceedings of 46th ICFA Advanced Beam Dynamics Workshop on High-Intensity and High-Brightness Hadron Beams (HB 2010) (Internet), p.348 - 352, 2010/09

両端が完全導体で挟まれた抵抗性のパイプのインピーダンスの理論を完成させた。これにより、たとえスキンデプスがパイプの厚みを超えるような低周波になっても、抵抗性のパイプの厚みが数ナノメートルと極めて小さくなるまで、壁電流が流れ続けるということが明らかになった。言い換えると、抵抗性のパイプのインピーダンスは、従来のレジスティブウォールインピーダンスよりも、大きくなることが明らかになった。

論文

J-PARC LINAC ACS加速空洞

青 寛幸; 浅野 博之; 大内 伸夫; 坪田 直明; 長谷川 和男; 平野 耕一郎; 森下 卓俊; 高田 耕治*; 内藤 富士雄*; 山崎 良成

Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.552 - 554, 2010/08

平成20年3月よりJ-PARC LINACのエネルギー増強が始まり、本計画ではAnnular Coupled Structure(ACS)空洞20台を製作する。ACS空洞では組立前に機械加工により共振周波数を調整する。この調整のためのデータ取得を目的として、試作セル(寸法決定用セル)を製作した。この結果をもとに量産寸法の決定,周波数調整を行い、完了した5台分については目標値(971.93$$pm$$0.05MHz)の範囲内に調整することができた。現在、ロウ付け、全体組立を進めており、平成22年秋には量産の1号機が完成する予定である。

論文

Condition of MA cores in the RF cavities of J-PARC synchrotrons after several years of operation

野村 昌弘; Schnase, A.; 島田 太平; 鈴木 寛光; 田村 文彦; 山本 昌亘; 絵面 栄二*; 大森 千広*; 原 圭吾*; 長谷川 豪志*; et al.

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.3723 - 3725, 2010/05

J-PARCでは、金属磁性体コアを用いたRF空胴を2007年から運転を行ってきた。コアの状況を把握するために、メンテナンスのための加速器の停止期間ごとに空胴のインピーダンスの測定を行ってきた。その結果、2009年1月と6月に2度のインピーダンスの低下が観測された。空胴を解体し調査したところ多くのコアで座屈が観測された。会議では、座屈とインピーダンス低下の関係や座屈の状態について発表する。

論文

Status of mass production of the ACS cavity for the J-PARC linac energy upgrade

青 寛幸; 浅野 博之; 大内 伸夫; 坪田 直明; 長谷川 和男; 平野 耕一郎; 森下 卓俊; 高田 耕治*; 内藤 富士雄*; 山崎 良成

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.618 - 620, 2010/05

2009年3月より181MeVから400MeVへのリニアックエネルギー増強に向け、ACS加速空洞の量産が開始された。本計画ではACS形加速モジュール18台、ACS形デバンチャー空洞2台を3年間で製作する必要がある。本工程には時間的な余裕が少ないため、製作過程の最適化が必要となる。そこで初期設計と周波数調整手順を事前に確認するため、それぞれのエネルギーに対応した加速モジュールごとにテストセルを製作することにした。本論文では、これら量産に向けた取り組みの現状について報告する。

論文

高周波加速空胴用金属磁性体コアの熱変形の測定

島田 太平; 山本 昌亘; 鈴木 寛光; 戸田 信*; 長谷川 豪志*; 大森 千広*; 田村 文彦; Schnase, A.; 原 圭吾*; 野村 昌弘; et al.

Proceedings of 6th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (CD-ROM), p.1080 - 1082, 2010/03

J-PARC 3GeVシンクロトロン高周波加速空胴において、長時間の運転後、金属磁性体を使用したコアの一部が座屈する現象が発生した。その過程と原因を調査するために、大気中においてコアを高周波電流によって励磁し、変形の過程を測定した。その結果とコアの製造過程の関係及びコアの耐久性向上についての考察を報告する。

論文

Coupling impedances of a resistive insert in a vacuum chamber

菖蒲田 義博; Chin, Y. H.*; 高田 耕治*

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 12(9), p.094401_1 - 094401_19, 2009/09

 被引用回数:6 パーセンタイル:51.21(Physics, Nuclear)

抵抗性のインサートのインピーダンスの理論を作った。これにより、インサートの厚みがスキンデプスより極めて薄くても、ビームに伴う壁電流はインサートを流れ続け、ビームパイプの外側の環境からビームはシールドされることがわかった。つまり、抵抗性のインサートのインピーダンスは抵抗性チェンバーのインピーダンスに比べて一般的に大きくなることがわかった。

論文

Cavity voltage calibration for J-PARC Ring RF

Schnase, A.; 絵面 栄二*; 原 圭吾*; 長谷川 豪志; 野村 昌弘; 大森 千広*; 島田 太平; 鈴木 寛光; 高木 昭*; 田村 文彦; et al.

Proceedings of 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.340 - 342, 2008/00

J-PARC RCS (Rapid Cycling Synchrotron) is under commissioning and reached the milestones of acceleration to 3 GeV and extracting the beam to MLF and MR (Main-Ring). We found a discrepancy between expected synchrotron frequency as function of voltage seen by the beam and measured value at injection energy. Also we saw a difference between expected and measured synchronous phase during acceleration. The voltage seen by the beam seemed to be lower than the voltage by the acceleration cavities. We found that the High Voltage probes used at calibration gave a too high value due to unwanted capacitive coupling. We reduced the coupling by probe tip extension and calibrated all 10 RCS cavities again. In RCS beam operation we confirmed that the discrepancy was resolved, so that the beam sees the expected voltage. This knowledge was used in MR calibration. We confirmed that expected and measured synchrotron frequency match very well. Expected and voltage seen by the beam are within $$pm$$2%.

論文

J-PARC RCS縦方向シミュレーション

山本 昌亘; 穴見 昌三*; 絵面 栄二*; 長谷川 豪志; 原 圭吾*; 堀野 光喜*; 野村 昌弘; 大森 千広*; Schnase, A.; 島田 太平; et al.

Proceedings of 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.358 - 360, 2008/00

J-PARC Rapid Cycling Synchrotron(RCS)は2007年9月にビームコミッショニングを開始し、所定の3GeVまでの加速及び取り出しに成功した。ビーム強度を上げるための試験も行われており、大強度ビームを加速する際の入射時の空間電荷効果を抑えることもその一つである。RCSでは、マルチターン入射の手法を用いて入射を行っているが、その際通常の基本波RFのみを用いた手法ではバケツ中心の電荷密度が高くなってしまうため、2倍高調波,運動量オフセット,2倍高調波位相オフセットの各手法を組合せて、入射時のバンチングファクターを小さく抑える手法をシミュレーションにより検討した。ビーム試験の結果とシミュレーションとの比較について述べる。

論文

Coupling impedances of a gap in vacuum chamber

菖蒲田 義博; Chin, Y. H.*; 高田 耕治*

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 10(4), p.044403_1 - 044403_17, 2007/04

 被引用回数:7 パーセンタイル:45.3(Physics, Nuclear)

We will present the formulae for the longitudinal and transverse impedances due to a gap in the beam chamber. In this process, we will derive the complete solutions of electro-magnetic fields effective in the entire region, including the inside and outside of the chamber, in the form that they can be easily numerically evaluated. The numerical results of impedances are consistent with the ABCI results and their behavior in high frequency agrees well with the prediction of the diffraction theory. Our theory can also accurately reproduce the behavior of the impedance near and above the cut-off frequencies. In addition, our theory is applicable even to the impedances for non-relativistic beams. We found that the broadband impedance of the small cavity-like structure can be estimated from the gap size and the chamber radius only. We also found that the transverse impedance of a gap has a large resonance peak at the frequency where the wavelength is equal to the chamber circumference.

口頭

完全導体に挟まれた抵抗性のパイプが持つインピーダンス

菖蒲田 義博; Chin, Y. H.*; 高田 耕治*

no journal, , 

以前、完全導体のパイプにギャップのある場合のインピーダンスの理論を完成させたが、今回この理論を発展させ、このギャップの部分に抵抗性の物質がある場合のインピーダンスの理論を完成させた。この理論から、完全導体に挟まれた抵抗性のパイプが持つインピーダンスが、一般に従来のレジスティブウォールの理論を使ったインピーダンスの評価より大きくなることが明らかになった。

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