MAX School 1.-2. October 2013 IAP - Frankfurt. RF Structures. Holger J. Podlech Institute for Applied Physics (IAP) University of Frankfurt, Germany. Wave equation and solutions in cylindrical cavities RF parameter RFQ- structures DTL- structures Power consumption.
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MAX School 1.-2. October 2013 IAP - Frankfurt RF Structures Holger J. Podlech Institute for Applied Physics (IAP) University of Frankfurt, Germany
b=0.61 SNS, ORNL r.t./s.c. r.t. b=0.82 VENUS ERCIS BNL 4-vane-RFQ, Saclay 4-rod-RFQ, Frankfurt High IntensityHadronen-Linac Typical Layout 40-200 MeV 300-1000 MeV ~0.1 MeV 0.5-5 MeV ECR Ion Source RFQ DTL DTL DTL superconducting elliptical cavities Choice oftechnology (roomtemperature, superconducting) and RF-structuresdepends on: Beam power, accelerationgradients, beam energieanddutyfactor A lotofcavitiesareneeded
Wave Equation for Cylindrical Cavities Numberof Zeros in F-direction Numberofzerosin radial direction Numberof half periodsin z-direction Set ofdiscretewavefunctions (Eigenmodes) whichfulfilltheboundaryconditions
Power ConsumptionConsiderations Power is a majorissueforaccelerators Capital and operational costs Plug Power RF Power Gradient Beam Current Shunt Impedance Gradient Beam Current Shunt Impedance DutyFactor Efficiency cryogenics
Power Consumption Pc Without Beam, cw Normal conducting Superconducting Ua=3 MV L=1 m Ra/Q0=2000 W Rs=12.6 nW Q0(BCS)=6·109 Ua=3 MV L=1 m Ra/Q0=2000 W Rs=3.7 mW Q0=2·104 Pc=225000 W Pc= 0.75 W
Power ConsumptionPc Power consumptionofsccavitiessignificantlylower (factor 104-105) BUT: Real lifeismorecomplicated Superconducting Rs=60 nW Additional resistance (magneticfields, material properties, surfacepreparation) Pc= 3.6 W Efficiency ofthecryogenicsystem
Power Consumption (Plug Power Peff) Without Beam, cw Normal conducting Superconducting Pc=225000 W Pc= 3.6 W 15 W staticlosses h = 0.6 (RF amplifier) Ptot= 18.6 W Peff=375000 W h = 0.003 (cryogenicsystem) Peff= 6200 W
Power Consumption (Plug Power Peff) With 20 mA Beam, cw Pbeam=UI Normal conducting Superconducting Pcryo= 6200 W Pc=225000 W h = 0.6 (RF amplifier) Pbeam= 60000 W Pbeam=60000 W Peff= 106200 W Peff=475000 W