- Tuner I (G.
Weichert)
- Tuner II (H.P.
Peters)
- Piezo-Tuner (S. Simrock)
- Mech.
Eigenschaften der Neunzeller (H.P. Peters)
- Zeitplanung für
die EP-Anlage (
Teil 1,
Teil 2,
Teil 3) (A. Matheisen)
- Zeitplanung für
die Elektronenstrahlschweißanlage (J. Tiessen)
- Status der CTA
in der Petra Halle NO + CO2-Reinigung (A. Brinkmann)
-
SQUID-Untersuchungen von Nb-Blechen + Hydroforming von Resonatoren (W. Singer)
-
Magnetisierungsmessungen an Nb-Proben (B. Steffen)
-
Gleichspannungs-Feldemissionsuntersuchungen an CO2-gereinigten
Nb-Proben (G. Müller, Uni Wuppertal)
- Status der
HOM-Absorber für TESLA (M. Dohlus)
-
Hochleistungspulsmessungen am Einzeller 1B9 in Cornell (B. Steffen)
- Status der
Einzellermessungen (D. Reschke)
Die Beiträge von
L. Lilje
"Results on EP nine-cells" und
"Future nine-cell program" konnten krankheitshalber
nicht gehalten werden, sind aber elektronisch abrufbar.
1.
Tuner I (G. Weichert)
Der überarbeitete
Tuner weist vereinfachte Tuning-Elemente auf. Er verfügt jetzt über 8 eingeschweißte „Bonbon“ Typ Elemente statt
24 aus einem Rohr gefrästen Elementen. Der Montagering ist geteilt, und es wird
die komplette französische Antriebseinheit verwendet. Die Antriebseinheit wird
von R. Lange zur Verfügung gestellt.
Die Lieferung der Tuningeinheit wird für die 51. Woche 2002 erwartet.
Warme Tests sind ab Januar 03 für 6 Wochen geplant. Für den Kalttest muss ein
noch zu bestimmendes Cavity eingeschweißt werden (Ti-Tank wird von MPL
beigestellt). Der Kalttest könnte bei Verfügbarkeit der notwendigen Infrastruktur
(Reinraum, CHECHIA, Klystron) gegen Ostern 2003 erfolgen.
Leider ist es aus
geometrischen Gründen nicht möglich die Tuner I und Tuner II (Peters) auf den gleichen Tank zu montieren, so daß für einen nachfolgenden Test des Tuner
I ein weiteres Cavity mit dem zum Tuner I gehörenden He-Tank verschweißt werden
muss.
Im Vergleich der
beiden Tuner zeigt der Tuner I eine höhere Steifigkeit (siehe Tabelle Vortrag
Peters); der Tuner II hat hingegen bereits eine erfolgreiche Erprobung (4 Einheiten
für den Test der Superstruktur) im Beschleunigerbetrieb erfahren. Eine
Entscheidung über die Selektion des endgültigen Tuners könnte nach dem
Vergleich der kalten Messungen und der Abschätzung der Fertigungskosten im Sommer 2003 erfolgen.
Die Piezo-Einheit
wird in den Tuner-Antrieb integriert und ist Bestandteil beider Tunerentwürfe..
Es wurde entschieden, daß diese Einheit
aus zwei Piezo Elementen bestehen wird (siehe Simrock Vortrag).
2.
Tuner II (H.P. Peters)
Der Tuner II ist
in vierfacher Ausführung beim Strahltest der Superstruktur erfolgreich
eingesetzt worden (Tuner II benutzt Motor und Getriebe des französischen
Antriebs; Antriebsmechanik ist in Konstruktion).Allerdings besitzt er im Vergleich zum Tuner II eine geringere
Steifigkeit. Es wurde das Gesamtsystem bestehend aus Cavity und parallelem
Zweig mit Bordscheibe, Ti- Tank, Tuning-Element und Tuningantrieb berechnet.
Das schwächste Element ist das Cavity selber. Die Tuningeinheit ist das nächste
schwache Glied, was zum einen am Tuningrohr selbst und zum anderen an der
Antriebsmechanik liegt. Die Steifigkeit des Tuningrohres kann durch Verkürzung
der Anschweißenden erhöht werden. Der Antriebsmechanismus wird z.Zt überarbeitet.
Bedingt durch die Verlagerung des Tuners vom Ende des Cavities auf den He-Tank
können steifere Bordscheiben eingesetzt werden (kein Längenausgleichsring mehr
erforderlich). Bei der ‚compressed-version’ führt das zu einer Erhöhung der
Steifigkeit von 30% gegenüber der jetzigen Version, beim Doppelneunzeller von
65%.
Details sind im
Diagramm dargestellt. Im Anhang ist ein weiteres Diagramm beigefügt (wurde
nicht im Meeting gezeigt), das den Vergleich beider Tuner jeweils als
Gesamtsystem zeigt. Zum endgültigen
Design des Tuners ist ein minimaler Wert der Steifigkeit festzulegen.
1.
Piezo-Tuner (S. Simrock)
Langzeittests mit
einem Piezo-Tuner haben keine Strahlungsschäden gezeigt. Ein Problem stellt die
Empfindlichkeit der Piezo Elemente gegen Feuchtigkeit dar. Falls Wasser auf
einem „kalten“ Piezo Tuner ausfällt, wird dieser zerstört. Kritisch in Bezug
auf die Lebensdauer ist die Einstellung der richtigen Vorspannung. Hier fehlt
ein eleganter mechanischer Design. Es wurde vorgeschlagen, Dehnungsmeßstreifen
wie bei der mechanischen Analyse von supraleitenden Magneten einzusetzen. Es wird festgelegt, daß im Tuner zwei Piezo
Elemente eingebaut werden: ein Element dient als Treiber, das zweite kann
als Weggeber für ein Feedback/Feedforward eingesetzt werden. Außerdem dient das
zweite Element als Ersatz bei einem Ausfall des primären Treibers. Weiterhin
soll die Möglichkeit von magnetostriktiven Elementen untersucht werden (ist bei
SNS in Entwicklung; zeigt hohe Kosten).
2.
Mech. Eigenschaften der Neunzeller (H.P.
Peters)
Es wurde eine
Zusammenstellung aller mechanischen Daten des Cavities zusammengetragen. Diese
Daten sind zum Teil nicht neu, sollen aber als Referenz für weitere Rechnungen
dienen. Die Angabe der Verstimmung von 420 kHz/mm 9-Zeller muss aber noch mit
den Meßwerten von Herrn Kreps 316 kHz/mm abgestimmt
werden. Auch muß noch verifiziert werden, ob das Cavity bei 2K und Nullstellung
unter Zug oder unter Druck steht (wie nach dem Saclay Design).
Nachtrag vom
12.12.02: Eine erneute Messung der Verstimmung bei Raumtemperatur von G. Kreps
hat den Wert von 316 kHz/mm. Sobald wie
möglich muß die Messung im kalten Zustand wiederholt und die Daten abgeglichen
werden.
Die beobachteten
Verstimmungen einiger Cavities (Feldflachheit) nach diversen Behandlungsschritten
wirft die Frage auf, ob es nicht doch notwendig ist, eine Unterstützung des
9-Zellers im Le Tank zu spezifizieren. So haben die Rossendorf-Neunzeller eine
Mittelstütze im Tank.
3.
Zeitplanung für die EP-Anlage (A.
Matheisen)
Der Arbeitsaufwand
in den nächsten 8 Monaten im Reinraumkomplex ist erheblich. Details sind in den
Diagrammen zu sehen. Es gibt einen zeitlichen Konflikt zwischen den
Modulmontagen einerseits und der Entwicklung der EP sowie der Behandlung von 1-
und 9-Zellern andererseits. Der dargestellte Arbeitsablauf schließt eine
gleichzeitige Arbeit aus beiden Reinraumbereichen aus. Dies wird aller
Wahrscheinlichkeit nach zu einer weiteren Verzögerung des Einsatzes der EP führen.
Im günstigsten Fall kann nur in den Monaten Januar und Februar ein Zeitraum von
2 Wochen für EP an 1- oder 9- Zellern erwartet werden (Wechselbetrieb mit Modul
2*). Wegen der dringlichen Notwendigkeit
die EP Anlage in Betrieb zu nehmen, sollen die Engpässe (Personal oder
Einrichtungen??) analysiert werden und nach Möglichkeiten gesucht werden, die
Arbeiten im Reinraum effizienter zu gestalten. Ebenso muß die Priorität der
Modulmontagen gegenüber der EP- Aktivitäten überdacht werden. Für Einzeller
besteht die Möglichkeit, durch intensiveren Einsatz der Firma Henkel die EP
voranzutreiben.
4.
Zeitplanung für die
Elektonenstrahlschweißanlage (J. Tiessen)
Die Parameter zur
EB-Schweißung von Einzellern konnten in den letzten Monaten fixiert werden. Als
schwierig erwies sich vor allem das vollständige Durchschweißen der
äquatorschweißnaht an Hoch-RRR Niob. Es wurde mittlerweile ein Einzeller
geschweißt.
Auch konnte eine
modifizierte Schweißtechnik zwischen dem Nb-Strahlrohr und dem NbTi-Flansch
erfolgreich getestet werden. Dabei ist der NbTi-Flansch u.U. nicht mehr
vollständig gegen die Einwirkung der Säure während der Oberflächenpräparation
geschützt. Die Folgen hieraus müssen untersucht werden (A. Matheisen).
Bis Ende Dezember
sollen noch 2 Einzeller aus vorhandenen Dornier-Schalen geschweißt werden, um
die Parameterwahl schweißtechnisch zu bestätigen. Im März/April 03 sollen 3 +
ca. 7 Einzeller gefertigt werden. Dazu werden in den nächsten Wochen ca. 25 Bleche aus aktuellem Niobmaterial
ausgesucht und anschließend bei Zanon zu Schalen gedrückt. Die ersten drei
Resonatoren sollen möglichst schnell einer bewährten Oberflächenpräparation
(EP, falls qualifiziert, sonst BCP) unterzogen werden, um die Qualifikation der
Schweißparameter durch die HF-Messung zu erhalten.
Weiterhin sind
Teile für den Dunkelstrommonitor zur Schweißung vorgesehen.
Für weitere
hydrogeformte 1 – 3-Zeller von W. Singer sind Schweißungen der NbTi-Flansche an
die Niobrohre erforderlich.
5.
Status der CTA in der Petra Halle NO + CO2-Reinigung
(A. Brinkmann)
In der „Cavity Test Anlage“ CTA wurde im Laufe des
Jahres 2002 ein Routinebetrieb auch für
die Kalttests erreicht. Nachteilig macht sich noch das Fehlen eines
Themometriesystems für die Einzeller bemerkbar. Dies kann erst nach der
Herstellung und Einbau einer neuen magn. Abschirmung, die den gesamten
Heliumraum des Kryostaten umfasst, in den Messeinsatz integriert werden. Die
Arbeiten sollen bis zum Frühjahr 03 abgeschlossen sein und erfordern eine
Betriebsunterbrechung von etwa 3 Wochen.
Zur Erprobung der
CO2-Trockeneisreinigung wurde in enger Zusammenarbeit mit dem
Fraunhofer-Institut IPA ein Düsenkopf zur Reinigung der Cavityinnenseite
entwickelt. Im Sept. 02 erfolgte die Erprobung beim IPA an drei einzelligen
Resonatoren. Der Güte bei niedrigen Feldstärken war bei allen Resonatoren vor
und nach der Reinigung vergleichbar, so daß eine grundlegende Schädigung der
Nb-Oberfläche ausgeschlossen werden kann. Bedingt durch Feldemission war bei
zwei Resonatoren die erreichbare Feldstärke nach der Reinigung geringer. Bei
einem Resonator konnte eine etwas geringere Feldemissionsbelastung und damit
höhere erreichbare Feldstärke gemessen werden.
Da die
Versuchsbedingungen (Transport vom IPA, zusätzliche Montagen, etc.) nicht
optimal waren und die Gleichspannungs-Feldemissionsmessungen (siehe G. Müller) vielsprechende Ergebnisse zeigen, ist im
Verlauf 2003 der Aufbau einer CO2-Trockeneisreinigung für 1 –
3-zellige Resonatoren im Reinraum in der Halle NO geplant.
6.
SQUID-Untersuchungen von Nb-Blechen +
Hydroforming von Resonatoren (W. Singer)
Alle neuen Bleche
für die 4 Resonatorproduktion (600 Stück) werden sowohl mit der „alten“ Eddy
Current Scanning Apparatur als auch mit
einer neuen Squid Scanning Anlage überprüft. Dieses Konzept benutzt als
Detektor der Eddy Ströme ein Squid Element. Eine solche Apparatur ist von der
Firma WSK insbesondere zur Untersuchung von Sputter Targets entwickelt worden.
Nach Auswertung der Ergebnisse soll über den Nachbau der Squid Anlage
entschieden werden.
Die Empfindlichkeit
konnte von 200µm (eddy current) auf 50µm (Squid) gesteigert werden.
Hydroforming: Die
fertiggestellten zwei 2-zelligen und zwei 3-zelligen Resonatoren benötigen die
Oberflächenpräparation als Vorbereitung für den HF-Test. Je ein Resonator soll
zu K. Saito, KEK geschickt werden. Die restlichen zwei Resonatoren sollen trotz
der Engpässe in der Infrastruktur zur Oberflächenabtragung bei DESY behandelt
werden. Die Handhabung ist vergleichbar zu Einzellern (nur Strahlrohrflansche,
keine HOM, Pick-up) Halterahmen sind vorhanden und können in den nächsten Tagen
angepasst werden. Hochdruckspüle, Montage und Evakuieren können im Reinraum in
der Halle NO erfolgen.
7.
Magnetisierungsmessungen an Nb-Proben (B.
Steffen)
Die
Untersuchungen konzentrieren sich auf den Einfluß verschiedener Heizparameter
auf Hc2 und Hc3 an gebeizten und elektropolierten Niobproben.
Insgesamt steigt Hc2 einer
Oberflächenschicht an chemisch- und elektropolierten Proben durch die
Heizbehandlung im Vergleich zu nicht-geheizten Proben deutlich an.
Elektropolierte Proben zeigen im ungeheizten Zustand ein höheres Hc2
als chemisch polierte Proben und zusätzlich einen größeren Effekt des
Ausheizens. Bei BCP-Proben wurde nach 48 h bei 120 C noch keine Sättigung
erreicht. Bei 144 C wird nach 48 h der max. Hc2-Wert erreicht; nach
96 h nimmt er bereits wieder ab.
8.
Gleichspannungs-Feldemissionsuntersuchungen
an CO2-gereinigten Nb-Proben (G. Müller, Uni Wuppertal)
DC FE Messungen
an Proben mit künstlicher Kontamination zeigen nach CO2-Trockeneisreinigung
(DIC) einen zum Hochdruckwasserspülen vergleichbaren Reinigungseffekt. Die Kontamination erfolgte am wirksamsten durch Cu-
und Fe-Partikel.
Es konnten keine
negativen Effekte (Aktivierung oder Entstehen von Kohlenstoffemittern) durch
die CO2-Reinigung selbst beobachtet werden. Auch waren weder im
optischen Mikroskop noch im Elektronenmikroskop mechanische Beschädigungen der
Oberfläche (Erosion, etc.) zu finden.
Zukünftig sind
weitere Untersuchungen an künstlichen Verunreinigungen auf nasschemiasch bzw.
elektropolierten Niobproben geplant. Dabei sollen relevante Partikelarten (Fe,
Cu, C, etc.) auf voruntersuchten Proben in wässriger Lösung kontrolliert
aufgebracht werden. Die resultierenden Emitter sollen dann detailliert mittels
Feldemissionsrastermikroskop und SEM charakterisiert werden. Dabei soll auch
der Einfluss von Temperaturen im Bereich von 100 - 400°C sowie von Hochstrom-Pulsbetrieb auf die
Stärke und Stabilität der FE untersucht werden. Schließlich sollen diese Proben
mittels Hochdruckwasserspülen und/oderDIC gereinigt und nochmals getestet
werden. Hierbei können dann auch Einflüsse des Reinigungsabstands und des
Reinigungswinkels untersucht werden.
9.
Status der HOM-Absorber für TESLA (M.
Dohlus)
Die eingebrachte
Leistung durch Single-Passage-Verluste beträgt für TESLA 500 ca 23 W pro zwölf
9-Zeller, davon ca. 13 Watt im Frequenzbereich oberhalb von 10 GHz. Die
resonanten Felder und die transienten (Single-Passage) Verluste müssen bedämpft
bzw. absorbiert werden, um die Strahlqualität zu sichern und die kryogenische
Anlage (2K) zu entlasten. Dies ist im TDR vorausgesetzt. Im GHz-Bereich wird
ein Teil dieser Leistung durch die HOM Koppler an den Cavities ausgekoppelt.
Die Absorption resonanter Verluste im unteren GHz Bereich erfolgt ebenfalls über
die HOM Koppler. Diese Koppler sind für höhere Frequenzen nicht mehr effektiv
(Kopplungsmechanismus, Kabelverluste). Deswegen sind bei höheren Frequenzen
zusätzliche HOM Absorber auf 70K Temperaturniveau zwischen den Modulen
notwendig. Die Funktionsweise der Absorber beruht auf dem höheren kryogenischen
Wirkungsgrad bei 70K und der Ausbreitung von Feldern durch viele Cavities.
Zusätzlich wird vorausgesetzt, dass alle normalleitenden 2K Oberflächen
verkupfert sind (z.B. Cavity-Monitor). Eine sichere Vorhersage der Absorption
pro Fläche ist nicht möglich. Da die Propagation der hohen Frequenzen durch
mehrere Module erfolgt, kann der
Absorptionsmechanismus nur im String mehrerer Module mit kalten
Strahlrohren detailliert vermessen werden. Die spezifische Absorption des
Absorbermaterials kann allerdings an kleinen Versuchsaufbauten im Linac
gewonnen werden.
Die Auswahl des
Absorbermaterials erfolgt primär nach geringer Reflektion und guter Dämpfung
bei mittleren Frequenzen (~10GHz). Nach derzeitigen Untersuchungen bei
Raumtemperatur und ersten kalten Messungen in einem X-Band Hohlleiteraufbau
scheinen mehrere Materialien geeignet zu sein: Unipress (ALCOA Al2O3
powder, 25% Mo), CERADYNE (ZR10CB5, ZR20CB5, Z7YL). Ein einfacher Testabsorber
aus ZR10CB5 wurde im Module mit der Superstruktur erprobt. Allerdings sind
weitere Eigenschaften wie ausreichende
thermische und elektrische Leitfähigkeit, Strahlungsbeständigkeit sowie
Vakuumtauglichkeit zu fordern.
Desweiteren müssen konstruktive und kryotechnische Entwicklungsarbeiten
geleistet werden. Zur Weiterführung der HOM-Absorberentwicklung ist es
notwendig ein Team aus Experten der Bereiche Materialeigenschaften, Vakuum-
und Kryostatendesign zu bilden.
10. Hochleistungspulsmessungen am Einzeller 1B9 in Cornell (B. Steffen)
Der Einzeller 1B9
wurde nach dem cw-Vertikaltest bei DESY (Eacc = 35 MV/m) in Cornell sowohl cw
(Eacc = 39 MV/m) als auch gepulst (HPP) gemessen. Im Pulstest wurden bei 4.2K
etwa 40 MV/m, bei 1.6 K etwa 42 MV/m erreicht. Letzteres Ergebnis bleibt hinter
den Erwartungen zurück. Mögliche Ursache ist der – trotz erfolgter 120C
Heizbehandlung – ungewöhnlich starke Güteabfall bei hohen Feldstärken.
13. Status der Einzellermessungen (D. Reschke)
Die vorläufige
Auswertung der Ergebnisse an elektropolierten ein- und neunzelligen Resonatoren
zeigt, daß bereits ein naßchemischer Abtrag (BCP) von mehr als (10 – 15) µm die
Eigenschaften eines elektropolierten Resonators signifikant verschlechtert.
Ausgehend von einer gebeizten Resonatoroberfläche ist eine Elektropolitur von
mindesten 80 µm notwendig, um die Eigenschaften eines elektropolierten
Resonators zu erreichen.
An insgesamt 3
Resonatoren wurde der Einfluß einer Lagerung an Reinraumluft (2 Cavities) bzw.
Stickstoff (1 Cavity) über einen Zeitraum von bis zu 15 Monaten untersucht.
Während an den luftausgesetzten Resonatoren im Rahmen des Meßfehlers keine
Degradation zu beobachten war, ist das Ergebnis für den stickstoffgelagerten
Resonator nicht eindeutig.
An zwei
Resonatoren konnten nach einer mechanischen Abtragung der Oberfläche von etwa
150 µm sowie zusätzlicher naßchemischer Abtragung (40 µm) und Elektropolitur
(80 µm) Feldstärken von über 35 MV/m bei hohen Güten erzielt werden. An einem
weiteren Resonator soll nun untersucht werden, welcher minimale
Elektropoliturabtrag nach der mechanischen Abtragung erforderlich ist.
In nächster Zeit
werden vor allem die Parameter des Niedertemperaturausheizens sowie der Güteabfall
bei hohen Feldstärken ohne Feldemission untersucht. Daneben sollen die ersten
bei DESY geschweißten Einzeller zur Qualifizierung der Schweißparameter
gemessen und alternative Herstellungsverfahren und Niobmaterialien qualifiziert
werden.