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Compatibility in the ILC ML. 主なデザインと相違点 BCD ( TTF) STF-BL その他 空洞、シー ル Φ 78 mm ビームパイ プ、アルミヘキサゴ ン Φ 80 mm ビームパイ プ、インジウムヘリ コ LL, Re 入力カプ ラー TTF-III 円筒セラミック窓.

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1 Compatibility in the ILC ML

2 主なデザインと相違点 BCD ( TTF) STF-BL その他 空洞、シー ル Φ 78 mm ビームパイ プ、アルミヘキサゴ ン Φ 80 mm ビームパイ プ、インジウムヘリ コ LL, Re 入力カプ ラー TTF-III 円筒セラミック窓 TRISTAN 同軸セラミック窓 TW60,TTF-V Capacitive ジャケット NbTi ベース厚肉 Ti ベース SUS チューナー スライドジャッ キ Blade, Ball- Screw, Saclay2 磁気シール ド ジャケットの 外 ジャケットの 内 モーター真空槽内真空槽の外 ピエゾアクセス不可アクセス可 5kシール ド 有り無し

3 Specification / Concept TTF(BCD)STF - BLSTF - LL Operating Gradient 23.4 MV / m31.5 MV / m ILC500 36 MV / m Coupler Tune-ability Yes ( XFEL )No / Yes Surface Preparation CP + 1400 ℃ HT EP CBP (CP) + EP CBP (CP) + EP Piezo, Motor Maintainability Poor Easier Poor

4 選択肢 1: 統一デザイン 2: クライオモジュール単 位 3: Plug-Compatible Design

5 統一デザインの利点 建設、保守が楽。?

6 選定の方法 必要性能の設定 寿命、マージン、リスク、扱い 安さ コスト

7 建設と保守のイメージ 3極それぞれがモジュールを製作組立、 現地に搬送、設置。 3 極それぞれがモジュール部品製作、 現地にて組立。各 3 極のチーム or 統一 チーム 保守、予備機の組立、修理等は現地の統一 チームが担当。 始めの数年間は年間~ 20 モジュール程度の 入替。

8 Why Compatibility 確立された技術ではない。 システムとしての評価が難しい。 競争原理を積極的に働かせるべ き。 バックアップを持つことが望ま しい。

9 想定される Compatibility のレベ ル 1: Cryo-module ビームパイプ、冷却配管、 RF Wave- Guide 2: Cryostat + Cavity Package 3: Cavity Package を更に分解

10 交換可能なユニット チューナー + ジャケット円筒 入力カプラー + フランジ 空洞セル形状 ジャケットベース +BP フランジ + 磁気シー ルド Cryostat + GRP Support 腕 + Access Port

11 Improved Concept in STF-BL System Maintainable Piezo & Motor Configuration Stiff Cavity Support System Input Coupler

12 Tesla-like STF Baseline Cavity Package Pulse motor (outside) Piezo element Replaceable Motor drive shaft Titanium Jacket 2K He line Support base Invar Rod Slide Jack Tuner Nb/Ti Flange

13 Coupler Opening Piezo can be replaced

14 STF Baseline Cavity ; Improved Stiffness Stiffness of Cavity Fixing Support 72 N/  m 22 N/  m Lorentz Detuning - 150 Hz - 500 Hz (31.5 MV/m) TTF Cavity Thick Titanium Baseplate, Thick Nb Beam Tube & Thick Nb End-cell STF Baseline Cavity Cell Taper 13 deg. → 10 deg. Beam Tube  78 →  84 Input Port  40 →  60 STF Baseline Cavity TTF Cavity Magnetic shield

15 Magnetic Shield

16 TTF-3 Coupler Tunable Cylindrical Window 70  Coaxial Φ40mm Bellows Heavy Flange

17 TTF-3 Coupler Coupler Support

18 Input Coupler for STF Baseline Cavities 5K cooling 80K cooling Beam pipe Warm window Doorknob conversion Cold window Vacuum port TRISTAN Type Coaxial Disk Ceramic ; 80 K 5 K 2 K Static Loss 5 W 1.1 W 0.05 W Dynamic Loss 3 W 0.2 W 0.03 W Improved design for simplicity with no tuning mechanism. (KEKB 1 MW/cw, JPARC-ADS 2.2 MW/pulse, SNS)

19 Cavity Assembly (#3 Cavity) ; Installation of Cold Coupler and Tuner November, 2006’

20 Cavity TESLASTF-BLRSTF-LL Iris Diametermm7070 (--> 66)60 Beam Pipe Diametermm7880 Margin for Heavy Loading Wall Angledeg.14100 Coupling%1.871.99(1.59)1.55 Sometimes Field Flatness Degradation of few % is observed after VT. The Effect is Larger with Smaller Coupling. Need Statistics. Esp / Eacc 22.17(2.05)2.38 Field Emission Current is two times larger than TESLA for the same emitter. If F.E limits the Maximum Eacc, It is 20% lower than TESLA. Hsp / EaccmT/(MV/m)4.264.09(3.98)3.78 Has the meaning only if we could eliminate the field emitter. Many Choices to lower this value. R/Q  10361024(1080)1144 G  271277(274)286 Cell Thicknessmm2.8 End cell Thicknessmm2.83.52.8 No Stiffener Main Coupler Port Sizemm  40  60  40 Power Capacity Margin

21 Lorentz Detuning Factor TESLASTF-BLSTF-LL Length Fix, StationaryHz/(MV/m) 2 0.34 1.18 Cavity is not stiff. How it can be compensated ? He Vessel End-Plate Material NbTi : ConicalTi : SaucerSUS : Saucer Thicknessmm61810 Stiffness N /  m 27450500 Not StiffCost down by Press Forming Large thermal stress in Nb-SUS Bonding. Risk of Leak and Crack. He Vessel Cylinder Material Ti SUS Thicknessmm4.553 Stiffness N /  m 450500 Lorentz Detune Change in Flat-Top at 31.5 MV/mHz500150330 Piezo Compensation Stroke mm 3.4120 TESLA with Saclay1 Suppressed by Stiff Support System. Less Compensation Error with less Compensation. Smaller & less expensive Piezo & Driver Amplifier

22 Slow Tuner TTF STF Saclay -1BladeSlid JackBall Screw Lifetime Test (~ 0.1mm x 10000 Times) is necessary. Mechanism Double LeverBlade+Lever+Screw Wedge+Screw+Gea rScrew+Worm Gear Blade has the potential Problem of Fatigue. Life time of Coating? Stiffens N /  m 40252901000 Not Stiff Not Stiff. If used to TESLA Cavity DLD at Flat-Top becomes ~900Hz. Strokemm < 2 3.5 Long enough Location Beam PipeJacket Cylinder The room for tuner is small. Top Heavy. Alignment? Cost

23 Fast Tuner TTF STF Saclay -1BladeSlid JackBall Screw Piezo(200V) Piezo(150V)Piezo+Blade Speed ? Blade has the potential Problem of Fatigue. Speed ? NORIAC (1 Spare) Piezo Mechanic x 1 Sizemm10 x 10 x 2610 x 10 x 38φ20 x 18 Stiffness N /  m 10570500 Max. LoadkN4414 Stroke:RT mm 406020 Stroke:2k mm 462 Compensation mm 3.461 Speed Delay 0.6 msec. Reparability Motor need Disassemble OutsidePoor Piezo need Disassemble Repairableneed Disassemble US Study on this Subject exists. How to check Piezos just we install. There are no experience for long term operation in Pulsed mode. Life time Test is necessary.

24 Main Coupler ( Cold ) TESLA500TESLA800 LAL-OrsaySTF TTF-3TTF-5TW-60STF-BLCapacitive Tune ability Yes No Other Device Port Diametermm4062 6040 Position from cellmm45 5855 Coax. Diametermm4062 60-->8240-->72 Impedance  70 50 35-->24 Bellows 11No 1 Support for Heavy Connection Flange.Easy AssemblyHeavy Flange Window Type Cylinder Coax. Disk Disk Window Sizemm  40  62  92 / 22, t6.2  102, t3.6 2k Static LoadW 0.050.1 5k Static LoadW0.5 11 5k Dynamic LoadW0.3 0.22 5k Load of 1 W costs ^2k Euro for 20 Years Operation.

25 Warm Coupler TTF-3TTF-5TW-60STF-BLCapacitive Coax. Diametermm62 82-->10472 Impedance  50 24 Bellows 11121 Window Type Cylinder Coax. Disk Cylinder Window Sizemm  62  116 / 30, t6.6  112, t4, h68 80k Static LoadW 31.2 80k Dynamic LoadW Processing 0.5MW / 1.4msec. 1.0MW / 1.5msec.2MW / 1.5msec. 1.0MW / 0.4msec. 1.4MW / 0.5msec. (2MW / 1.4msec.) Experience ~50 4 4 DiagnosticsElectron3 30 Arc1 11

26 Other Technique TESLASTF-BLSTF-LL Flange NbTi SUS(Ti) Large thermal stress in Nb-SUS Bonding. Seal Al : HexagonHelicoflex + In-CoatAl : Wire + In BP Flange Sizemm  140 x t18  124 x t14 Thick NbTi Flange One Superleak in 14 VT ( x 6 Flanges). Flange thickness can be reduced with Less Compression Force for Helicoflex. Cost reduction is ~300 Euro for 1 BP Flange. ??????? Number of Bolts 12 Magnetic Shield Outsidein the He VesselOutside / Inside Many Parts Simple & Effective. Shielding Effect will be measured. Alignment Reference BP FlangeMachined Ti Endplate Direct & Precise

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