1. 内面欠陥と加速電界性能との関連 Hitoshi Hayano, 08242009 現在までのデータ蓄積から言える事

2. Distribution of the magnetic and electrical field from equator to the iris on the surface of the TESLA cavity TESLA 空洞 空洞内面の表面磁場強度、表面電場強度の分布 赤道部 equator アイリス部 iris 表面磁場が強い場所：赤道部のかなり広い範囲 表面電場が強い場所：スティフナー溶接部分 たぶん 23.4MV/m 時の計算値 35MV/m 時はこのグラフ値の 1.5 倍 磁場の強い場所 電場の強い場所 磁場 電場電場 ピットやバンプがあると磁場が強くなる部分が出てくる ー＞高電界で臨界磁場を超えて発熱、クエンチする。 ピットやバンプのエッジで電場が強くなる ー＞高電界で電子放出をしやすい。

3. ピットを計算するのに、ピルボックス空胴に穴を空けたモデルでの TE111 を使用。 バンプを計算するのに、ピルボックス空胴にバンプをつけたモデルでの TE111 を使用。 表面電流密度分布 磁場分布 Microwave studio による計算（ただし、これでは精度がでない。） SLANS2 （２次元コード）による 1/4 カット面モデルで 計算を行い、磁場エンハンスを推定してみる。 バンプやピットはどれぐらいの大きさで電界性能を阻害するのであろうか？ 1/4 カット面

4. SLANS2 によるピット付ピルボックス空胴内の TE111 磁場分布 rz 成分 （紙面内） φ 成分 （紙面に垂直） 金属面にそっての磁場成分強度比 穴の定義： ただし、穴の深さは R より数倍大きくとってあるため 深さ方向に磁場は急速に減少する

5. ピットでの磁場エンハンス計算 2R r n=-0.28 と得られた。 以前の数値計算と理論計算では n=-1/3 であった。 r/R が小さいところでは n=-1/3 を使用するのが妥当。 磁場のエンハンス h は、 磁場のエンハンス h l h = 1.3808* (r/R)^-0.28

6. 磁場エンハンスのピット深さ依存性 浅いピットの磁場エンハンスは小さい 磁場のエンハンス h

7. SLANS2 によるバンプ付ピルボックス空胴内の TE111 磁場分布 rz 成分 （紙面内） φ 成分 （紙面に垂直） バンプの定義： 楕円体で定義し、金属面からの出っ張り： a 金属面内での円の半径： b 金属面にそっての磁場成分強度比 a b 磁場最大は楕円体のベースで起きる

8. バンプでの磁場エンハンス計算 エンハンスの効果はそれほど大きくはない。 半球凸起 (b/a=1) で 1.5 倍のエンハンスである。 しかし、大きなバンプの上の小バンプとか、 クレータの周辺エッジという鋭い場合、 結晶粒界の上のバンプ、 などはエンハンスが重なり大きくなる。 a b 半球状凸起 針状凸起 h=1+ 1.0124exp(-0.658*(b/a)) 磁場のエンハンス h

9. T-map による発熱箇所と観測された内面欠陥とに 相関がありそうな空洞の候補 バンプ （凸起） ピット （凹み） AES001 (FNAL) #3 セル赤道部 15MV/m でクエンチ AES003 (FNAL) #4 セル赤道部 20MV/m でクエンチ ( ? Z110 (DESY) #8 セル赤道部 14MV/m でクエンチ ) Z111 (DESY) #6 セル赤道部 16MV/m でクエンチ MHI-08 (KEK) #2 セル赤道部 16MV/m でクエンチ MHI-01 (KEK) #3 セル赤道部 20MV/m でクエンチ MHI-02 (KEK) #9 セル赤道部 29MV/m でクエンチ MHI-03 (KEK) #5 セル赤道部 20MV/m でクエンチ MHI-04 (KEK) #1 セル赤道部 20MV/m でクエンチ

10. AES001 summary 5 4 6 2 1 3 8 7 AES01 has hard quench at 15MV/m, its location was identified by Cernox at FNAL. Kyoto-camera found 3 spots in their exact location ~21mm 84µm height bump 60µm height bump 43µm height bump

11. No.3 cell Equator θ = 168 deg No.3 cell Equator θ = 168 deg As received after STF EP 20um a=~100um (height) b=250um (HWHM) a=~70um b=350um AES001 (1) 15MV/m 22MV/m

12. No.3 cell Equator θ = 169 deg No.3 cell Equator θ = 169 deg As received after STF EP 20um AES001 (2) a=~65um (height) b=325um (HWHM) a=~85um b=325um 15MV/m 22MV/m

13. No.3 cell Equator θ = 176 deg No.3 cell Equator θ = 176 deg As received after STF EP 20um AES001 (3) a=~45um (height) b=200um (HWHM) a=~45um b=200um 15MV/m 22MV/m

14. Plotted line Z-axis 96 AES003 (1) 1-cell equator, t=200 degree a=~70um (height) b=400um (HWHM)

15. Plotted line Z-axis 96 AES003 (2) 4-cell equator, t=306 degree a=~80um (height) b=~200um (HWHM) Heating Spot (No.4cell) 20MV/m

16. Plotted line Z-axis 100 AES003 (3) 5-cell equator, t=187 degree a=~60um (height) b=~400um (HWHM)

17. AES3 cell#4 T-map at Jlab 20MV/m AES003 T-map @JLAB Heating spot by T-map at Jlab Bump location by Optical inspection ~600µm size, bump

18. 18 Z110: #8 cell equator Quench location #8 equator 250 ~ 300 deg 1mm #8 equator, t=288 ~ 299 deg 10mm t=292 deg t=297 deg T-map data in test 2, 14.2 MV/m group of beads(?) with 10mm wide were observed. Similar beads group were also observed in several places. see following slides.

19. No.8 cell Equator θ = 290 deg No.8 cell Equator θ = 292 deg 温度上昇のあったところには、小さなバンプ の密集がみられたが、バンプ自体の高さも大きさも 小さい。 Z110

20. Inspection of Z111: #6 cell equator T-map data in test 2, 16.0 MV/m Quench location #6 equator 175 ~ 225 deg #6 equator, t=193 ~ 204 deg 1mm 1.5mm t=198 deg t=199 deg group of beads(?) with 1.5mm wide were observed.

21. Z111 #6 cell equator z=734,t=199, heating spot identified by T-map vacuum side Niobium side ピット部分の凹凸解析

22. W. Singer. ILC Cavity Group 9th Meeting. January 27th 2009 SEM. Quench location Cell #6 199degree Recent DESY SEM analysis of cut-out from Z111 空洞からピット部分を切り出し、電子顕微鏡にかけて解析 30um edge r = ~2um??

23. 14 tests for 1year (Feb. 2006 ~Feb. 2007) Vertical Test of #1, #2, #3, #4 Cavities E. KAKO (KEK) 2009' June 10

24. MHI-01 Cavity Quench ?  mode; Eacc,max = 20.8 MV/m MHI-03 Cavity Quench  mode; Eacc,max = 20.5 MV/m Quench MHI-02 Cavity  mode; Eacc,max = 29.4 MV/m MHI-04 Cavity  mode; Eacc,max =17.1 MV/m * Eacc,max in each cell of 4 cavities

25. MHI-01 Cavity 20MV/m No.2 cell Equator θ = 51 deg No.3 cell Equator θ = 231 deg Heating Spot (No.3cell 270deg)

26. No.9 cell Equator θ = 0 deg MHI-01 Cavity (2) No.9 cell Equator θ = 76 deg

27. MHI-02 Cavity 29MV/m No.9 cell Equator θ = 0 deg Heating Spot (No.9cell 135, 180deg)?

28. MHI-03 Cavity 20MV/m No.5 cell Equator θ = 131 deg Heating Spot (No.5cell 90deg)

29. No.1 cell Equator θ = 87 deg Heating Spot (No.1cell 90deg) MHI-04 Cavity 20MV/m No.3 cell Equator θ = 22 deg No.8 cell Equator θ = 180 deg

30. 16MV/m

31. サマリー テーブル

32. ピット（ MHI-01 から 04) は合わないものが多い 推定到達電界 ＊最大電界を 40MV/m と仮定し 臨界磁場によるクエンチで制限されると仮定。

33. おわり バンプやピットは、どれぐらいの大きさだと電界性能を阻害するのであろうか？ いろいろなバンプやピットを観測・計測できるようになり、 クエンチ時の温度上昇や電界性能との関連データを蓄積中である。 まだモデル計算との一致はよくない。 内面検査カメラ、 T-map システムなどを データ蓄積に使用中。 許容バンプや許容ピット、許容溶接ビード非一様性の推定を 十分な精度で行なえるデータ蓄積と計算モデルが必要。 サマリー バンプやピットを他の表面を傷つけずに 研磨する機器を開発している。 バンプは発熱する。 発熱するピットと発熱しないピットがある。 傷やピットとフィールドエミッションとの関係は つかめていない。 クエンチはそれらだけが原因ではなさそうだ。 たとえば溶接ビードの非一様性？ もちろん、ビードやピットのない空洞製造方法、 なめらかで一様な溶接ビードを得る方法、などが必要。