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SCRF 加速空洞・工業化開発 基本構想と KEK への要望

SCRF 加速空洞・工業化開発 基本構想と KEK への要望. 山本　明 ILC-GDE Project Manager (SCRF) 2009-6-8. アウトライン. ILC Technical Design Phase で目指す研究開発 工業化研究開発立ち上げ（提案）の動機と目的 工業化開発で目指すこと 基礎開発と工業化開発のバランス KEK 取り組みへの要望. ILC Technical Design Phase における 研究開発計画. SCRF 加速空洞電界性能の向上 9 連空洞電界性能： 35 MV/m @ 達成率　 90 %

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Presentation Transcript

  1. SCRF 加速空洞・工業化開発基本構想とKEKへの要望 山本　明 ILC-GDE Project Manager (SCRF) 2009-6-8

  2. アウトライン • ILC Technical Design Phase で目指す研究開発 • 工業化研究開発立ち上げ（提案）の動機と目的 • 工業化開発で目指すこと • 基礎開発と工業化開発のバランス • KEK取り組みへの要望

  3. ILC Technical Design Phaseにおける研究開発計画 • SCRF加速空洞電界性能の向上 • 9連空洞電界性能： 35 MV/m @ 達成率　90 % • 2010年までの開発実績により、更に最適化 • クライオモジュールとしての性能 • 国際協力による構成(KEK. 4: DESY, 2: FNAL, 2) において31.5 MV/mを達成（S1-Global) • 加速器システム（ユニット）としての性能 • 高周波電力源(HLRF), 制御(LLRF)、ビーム加速を含む、システム系統試験 • 加速空洞・工業化研究開発 • 加速空洞製造パイロットプラントによる量産化研究開発 • 工程、品質管理、生産性の向上（コストダウン） • プロジェクト実現にむけた説得力のある量産技術、コスト評価

  4. Progress Towards High-Gradient Yield Recent DESY/JLab “production” series. Total 39 cavities (08/09) Mostly result of first cold-test (few cases second-test) Field Emission greatly reduced (rinses)  identified RDR barrier Baseline gradient re-evaluation (TDP1) expected to be based on sample of >60 cavities Current status: 50% yield at ~ 33 MV/m; (80% >25MV/m) ILC-PAC Review: SCRF

  5. S1-Global Collaboration Complementary activity to regional cryomodule development x2 x4 FNAL  DESY  KEK, Japan INFN Milan  x2 ILC-PAC Review: SCRF

  6. SRF Test Facilities DESY KEK, Japan FNAL    NML facility Under construction first beam 2010 ILC RF unit test STF (phase I & II) Under constructionfirst beam 2011 ILC RF unit test TTF/FLASH ~1 GeV ILC-like beam ILC RF unit(* lower gradient) ILC-PAC Review: SCRF

  7. Global Plan for SCRF R&DA Summary R&D/prepare for Indusrialization ILC-PAC Review: SCRF

  8. Cavity- and Cryomodule-String Test Program (S1G, S2) at KEK R&D/prepare for Indusrialization ILC-PAC Review: SCRF

  9. GDE: ILC Timeline 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 GDE process Reference Design Report (RDR) Tech. Design Phase (TDP) 1 TDP 2 LHC physics Ready for Project Submission We are here ILC-GDE SCRF

  10. 工業化研究開発立ち上げ（提案）の動機と目的工業化研究開発立ち上げ（提案）の動機と目的 • 国際的に空洞製造企業の訪問および技術者とのディスカッションに基づく • ILCスケールでの空洞開発／製造の準備は現在の開発、既存／近未来計画（XFEL, Project X)の単純な延長では繋がらない • 工業的自動化(Factory Automation)を含む量産化技術の開発の立ち上げには時間を要し、今の段階で開発の立ち上げが必要。 • 製造の自動化、品質管理、製造時間、コストの把握／削減 • 加速空洞性能向上の為の開発と併行して進める必要がある。

  11. Visit to Cavity Manufacturers: 2009 Europe: RI << ACCEL ZANON Asia MHI Americas: AES NIOWAVE PAVAC Notes: AES: Advanced Energy Systems RI: Research Instruments (previously, ACCEL) MHI: Mitsubishi Heavy Industries ILC-PAC Review: SCRF

  12. Visit to Cavity Manufacturers: 2009 ILC-PAC Review: SCRF

  13. Toward Industrialization • Global status of Industries • Research Instruments and Zanon in Europe • AES, Niowave, PAVAC in Americas • MHI in Asia • Industrial Capacity: status and scope • No company currently has required ILC capacity • Understand what is needed (and cost) by 2012 ILC-PAC Review: SCRF

  14. A Plan for R&D facilities and Preparation for Industrialization （Presented at ILC-AAP (April, 2’09), PAC (May 2009) • Bench-mark R&D facility (pilot plant) to study cost-effective manufacturing　 • ベンチマーク開発施設・全行程を含むパイロットプラントの構築,　 • Forming and preparation machining, • Pre-surface treatment and preparation, • EBW process with efficient automation, • In-line Inspection during fabrication process for quick-feedback, • R&D facilities to be sited at Laboratories • 研究所がホストし、企業と協力し、開発施設を構築 • Effort to seek for the most cost-efficient manufacturing with keeping information to be open, • Development to seek for a bench-mark, manufacturing facilities (design and/or itself can be applicable for the real production. • It is important for industries to participate to the program since Day-1. for planning. • We may discuss a possibility • Anindustrial meeting to be held as a satellite meeting at the 1stIPAC, Kyoto, May, 2010. ADI Meeting at DESY

  15. 　パイロットプラントの構築 • 量産化技術を磨くためのパイロットプラント • 工業生産として必要な自動化技術の開発 • 製造行程、品質管理、コストのより正確な把握 • コスト削減にむけた説得力のある評価 • 研究所がホストし、企業／工業界と協力する • 製造設備企業、空洞設備企業の協力（参加）を得た開発を初期段階から目指す • 完成段階では、複数の空洞製造企業が使用可能な設備、製造技術を提供する • 空洞製造に設備を貸し出すことも視野にいれ、製造設備としての価値を目指す

  16. 製造研究開発施設（パイロットプラント）の範囲製造研究開発施設（パイロットプラント）の範囲 • 空洞製造施設全般（EBWはそのコア施設） • Nbシート材／ディスク材の準備 • 成型／プレス • 空洞電子ビーム溶接機 • 前後処理、ワーク自動セッティング、検査設備を含む • エンドグループ製造設備については別途最適化要 • Cavity Integration • 総合検査システム • 表面処理、クライオモジュール組み立てまでの一環生産システムの実証施設を目指す

  17. 空洞性能開発との連携 空洞性能研究開発（基礎研究）の継続的な進展 製造／量産技術開発の進展 時間

  18. 国際的な工業化開発・展望 • 日本（KEK), ヨーロッパ（DESY) • 電子ビーム溶接方式での工業化技術の確立を研究所を主体として進める • 圧力成型方式等は、長期的な基礎開発として位置づける • Large grain sheet は併行して推進可能 • アメリカ(FNAL) • 圧力成型方式等、EBWを脱却した工業化技術開発の推進を展望（B. Kephart) • PM(SCRF) としての考え • 多様な工業化研究開発を立ち上げることが大切 • 地域の特色、制限により、具体的な技術方針に特色があって良い。 • 相補的な開発として捉え、成果を共有することが大切。 • お互いの開発を、奨励、相互サポートしていくことが大切。

  19. KEKの推進体制への要望 • パイロットプラントの開発が将来的に、複数の空洞製造会社を育てることに繋がる方策 • KEKがホストし、夫々の製造技術に優れた会社の参加を促す努力、 • 施設完成後、複数の希望企業と共同で、工業化技術を習得できる開発の推進、 • ILC, ERL, KEKB等の加速空洞とともに、KEK内の様々な加速器要素開発にも開かれた施設として、サポートを得た推進、

  20. KEKにおける推進体制への希望 • 機構内共同開発プロジェクトの位置づけ • 加速器研究施設と共通基盤研究施設の開発協力計画として位置づけることが適切。 • 加速器施設がプロジェクトの目的に沿い中心的な役割を果たし、そのうえで、 • 共通研究施設から、機械工学センターが機械加工、溶接等において主体的に活動できる体制を期待。超伝導低温工学センタがこれに協力する。 • これらが可能なプロジェクト運営、推進を願う。

  21. バックアップ • 資料

  22. SCRF Technology Required ILC-GDE SCRF

  23. How May We Reach Our Goal? • Push Quench & field emission Limit • Classical defect/field emitter • EP specific… • Push Quench Limit: • Defects from material • Defects from fabrication (EBW) • Renewed studies Prepared by R. Geng (Jlab) Past yield curves show best gradient of JLab data set ILC-PAC Review: SCRF

  24. Technical Design Phase and Beyond TDR TDP Baseline Technical Design RDR Baseline TDP-1 TDP-2 Change Request New baseline inputs RDR ACD concepts R&D Demonstrations MM studies 2009 2010 2011 2012 2013 Global Design Effort

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