Coupleurs de puissance HF pour cavités supraconductrices en mode pulsé
Résumé
Recent years have seen an impressive improvement in the accelerating gradients obtained in superconducting cavities. Consequently, such cavities have become attractive candidates for large superconducting linear accelerator projects such as the European XFEL and the International Linear Collider (ILC). As a result, there is a strong interest in reducing RF conditioning time and improving the performance of the input power couplers for these cavities.
The so called TTF-III input power coupler, adopted for the XFEL superconducting RF cavities are complex components. In order to better understand the behavior of this component we have performed a series of experiments on a number of such couplers.
Initially, we developed a fully automated RF high power test stand for coupler conditioning procedure. Following this, we performed a series of coupler conditioning tests. This has allowed the study of the coupler behavior during processing. A number of experiments were carried out to evaluate the in-situ baking effect on the conditioning time. Some of the conditioned couplers were sent to DESY in order to be tested on 9-cells TESLA cavities under cryogenic conditions. These tests have shown that the couplers in no way limit the cavity performance, even up to gradients of 35 MV/m.
The main objective of our coupler studies was the reduction of their conditioning time, which represents one of the most important criteria in the choice of coupler for high energy linacs. Excellent progress in reducing the conditioning time has been demonstrated by making appropriate modifications to the conditioning procedure.
Furthermore, special attention was paid to electron generation processes in the couplers, via multipacting. Simulations of this process were made on both the TTF-III coupler and on a new coupler prototype, TTF-V. Experiments aimed at suppressing multipacting were also successfully achieved by using a DC bias on the inner conductor of the co-axial coupler.
The so called TTF-III input power coupler, adopted for the XFEL superconducting RF cavities are complex components. In order to better understand the behavior of this component we have performed a series of experiments on a number of such couplers.
Initially, we developed a fully automated RF high power test stand for coupler conditioning procedure. Following this, we performed a series of coupler conditioning tests. This has allowed the study of the coupler behavior during processing. A number of experiments were carried out to evaluate the in-situ baking effect on the conditioning time. Some of the conditioned couplers were sent to DESY in order to be tested on 9-cells TESLA cavities under cryogenic conditions. These tests have shown that the couplers in no way limit the cavity performance, even up to gradients of 35 MV/m.
The main objective of our coupler studies was the reduction of their conditioning time, which represents one of the most important criteria in the choice of coupler for high energy linacs. Excellent progress in reducing the conditioning time has been demonstrated by making appropriate modifications to the conditioning procedure.
Furthermore, special attention was paid to electron generation processes in the couplers, via multipacting. Simulations of this process were made on both the TTF-III coupler and on a new coupler prototype, TTF-V. Experiments aimed at suppressing multipacting were also successfully achieved by using a DC bias on the inner conductor of the co-axial coupler.
Des avancées technologiques très importantes ont permis d'augmenter d'une manière drastique les valeurs des champs accélérateurs dans les cavités supraconductrices. Ces dernières sont devenues très attractives et ont été choisies pour des projets d'accélérateurs de grande ampleur tels que le XFEL et le collisionneur du futur ILC. Le temps de conditionnement HF des coupleurs alimentant les cavités supraconductrices et la quête de fiabilité face aux nouvelles contraintes de fonctionnement sont devenus des priorités pour ces projets internationaux.
Etant des composants complexes, les coupleurs TTF-III pour les cavités supraconductrices du projet XFEL ont un comportement difficile à modéliser ou à prévoir. Ainsi, nos travaux étaient principalement expérimentaux. Dans un premier temps, une automatisation complète du stand de test des coupleurs a été effectuée avec succès. Nous avons réussi, suite à cela, à conditionner une série de coupleurs TTF-III. Ces conditionnements ont permis de réaliser une étude sur les comportements des coupleurs pendant leurs conditionnements HF. Des expériences ont donné une estimation de l'effet de l'étuvage in-situ sur le temps de conditionnement. Les tests de certains de ces coupleurs sur cavités ont permis des fonctionnements à des champs de l'ordre de 35 MV/m.
Les études menées sur les coupleurs avaient pour principal objectif de réduire le temps de conditionnement. Ceci représente l'un des enjeux les plus importants pour faire valoir le choix d'un coupleur. Ce but a été réalisé suite à des optimisations apportées sur la procédure de conditionnement. Le temps de conditionnement a été fortement réduit.
Un intérêt particulier a également été donné aux processus de génération des courants électroniques dans les coupleurs, notamment par le multipactor. Des études de simulation de ce processus ont ainsi été effectuées. Son élimination par polarisation du conducteur interne a aussi fait l'objet d'un essai expérimental qui a validé l'efficacité de cette action sur TTF-III.
Etant des composants complexes, les coupleurs TTF-III pour les cavités supraconductrices du projet XFEL ont un comportement difficile à modéliser ou à prévoir. Ainsi, nos travaux étaient principalement expérimentaux. Dans un premier temps, une automatisation complète du stand de test des coupleurs a été effectuée avec succès. Nous avons réussi, suite à cela, à conditionner une série de coupleurs TTF-III. Ces conditionnements ont permis de réaliser une étude sur les comportements des coupleurs pendant leurs conditionnements HF. Des expériences ont donné une estimation de l'effet de l'étuvage in-situ sur le temps de conditionnement. Les tests de certains de ces coupleurs sur cavités ont permis des fonctionnements à des champs de l'ordre de 35 MV/m.
Les études menées sur les coupleurs avaient pour principal objectif de réduire le temps de conditionnement. Ceci représente l'un des enjeux les plus importants pour faire valoir le choix d'un coupleur. Ce but a été réalisé suite à des optimisations apportées sur la procédure de conditionnement. Le temps de conditionnement a été fortement réduit.
Un intérêt particulier a également été donné aux processus de génération des courants électroniques dans les coupleurs, notamment par le multipactor. Des études de simulation de ce processus ont ainsi été effectuées. Son élimination par polarisation du conducteur interne a aussi fait l'objet d'un essai expérimental qui a validé l'efficacité de cette action sur TTF-III.
Loading...