日本製9セル超伝導空洞、初めてILC要求仕様を満たす記録を達成

9セル加速空洞MHI-013の縦測定試験結果。横軸はメートル当たりの加速電界(Eacc)、縦軸はQ値(Q₀)。各加速電界でのQ値を測定した結果である。空洞性能としてはより高い加速電界で高いQ値が得られるものが望ましい。

11月25日(木)に、KEKの超伝導RF試験施設(STF)で行われた、国際リニアコライダー(ILC)用の超伝導加速空洞の縦測定で、ILCで要求されている仕様を満たす記録を国内で初めて達成しました。今回試験を行った加速空洞は９セル加速空洞の13号機で、「MHI-013」と呼ばれるもの。今年の10月半ばから縦測定のための準備を開始し、11月25日に1回目の縦測定(低温試験)を行いました。その結果、この空洞は、最大36.2MV/m(1メートルあたり36.2メガボルト)の加速電界を発生することが可能な空洞であり、かつ、31.5MV/mおよび35MV/mを発生させるのに必要な投入電力量が、ILCで要求される最低値をクリアしたということが確認されました(図)。

加速電界とQ値(Q₀)は、空洞の性能を定める２つの重要なパラメータであり、この両方を満たす空洞を量産することは、ILC実現に向けた最重要課題の一つです。加速電界とは、一定の長さで得ることができる加速エネルギーのことで、高加速電界の実現は、加速器の性能向上や省エネルギー・省スペース化を図るうえで大変重要です。Q値とは、一定の電界強度を実現するために必要電力量を示す指標です。超伝導空洞は、少ない投入電力でより高い電界強度を発生させることが特徴であり、Q₀の値が大きいほど性能が良いと考えられます。計算上では、空洞内が非常にきれいで、電気抵抗を悪化させる要因や、フィールドエミッションの原因がない状態だと、加速電界31.5MV/mを発生させるのに、約100Wの電力を要します。この場合のQ₀は「1×10¹⁰」と表されます。今回の試験では、この数値を超える記録が達成されました。

加速空洞は、超伝導体であるニオブ材でつくられており、空洞性能を引き出すため、空洞の内面の洗浄・研磨を行い、不純物や欠陥等を取り除きます。今回記録を達成した空洞の表面処理は、STF内に建設された電解研磨設備で行われました。