CEPC CEPC 650 MHz cryomodule for CEPC collider

CEPC超导高频系统方案 CEPC对撞环超导高频系统布局图 650 MHz cryomodule for CEPC collider ring 1. 3 GHz cryomodule for CEPC booster （XFEL / ILC / LCLS-II / SCLF ） 5

CEPC对撞环超导高频系统参数 H W Z 30 30 2. 9 RF voltage [GV] 2. 14 0. 465 0. 053 Beam current / beam [m. A] 17. 7 90. 2 83. 7 Bunch charge [n. C] 20. 6 5. 8 2. 6 Bunch length [mm] 3. 5 3. 7 5. 2 Cavity number (650 MHz 2 -cell) 336 216 24 Gradient [MV/m] 13. 8 9. 4 9. 6 Input power / cavity [k. W] 179 278 242 Klystron power [k. W] (2 cavities / klystron) 800 800 HOM power / cavity [k. W] 0. 48 0. 33 0. 11 1. 1 E 6 3. 1 E 5 3. 8 E 5 Optimal detuning [k. Hz] 0. 24 1. 0 Q 0 @ 2 K at operating gradient (long term) 1 E 10 Total cavity wall loss @ 4. 5 K eq. [k. W] 22. 7 6. 7 0. 8 SR power / beam [MW] Optimal QL 6

CEPC增强器超导高频系统参数 H W Z Extraction beam energy [Ge. V] 120 80 45. 5 Bunch charge [n. C] 0. 62 0. 17 0. 078 Beam current [m. A] 0. 53 0. 51 Extraction RF voltage [GV] 1. 83 0. 7 0. 36 Extraction bunch length [mm] 2. 9 2. 0 1. 1 Cavity number in use (1. 3 GHz 9 -cell) 96 64 32 Gradient [MV/m] 18. 4 10. 5 10. 8 QL (over-coupled) 1 E 7 Cavity bandwidth [Hz] 130 130 Beam peak power / cavity [k. W] 8. 8 2. 6 0. 5 Input peak power per cavity [k. W] (with detuning) 14. 1 4. 4 3. 4 Input average power per cavity [k. W] (with detuning) 1 0. 4 0. 3 SSA peak power [k. W] (one cavity per SSA) 25 25 25 HOM average power per cavity [W] 0. 4 0. 15 0. 10 1 E 10 0. 8 0. 3 0. 1 10 Ge. V injection Q 0 @ 2 K at operating gradient (long term) Total average cavity wall loss @ 4. 5 K eq. [k. W] 7

650 MHz 2 -cell超导腔的电磁场设计 o 对腔形进行优化，获得最佳电磁场参数。 Parameter Unit Value Cavity frequency MHz 650 Number of cells - 2 Cavity effective length m 0. 46 Cavity iris diameter mm 156 Beam tube diameter mm 156 Cell-to-cell coupling - 3% R/Q Ω 213 Geometry factor Ω 284 Epeak/Eacc - 2. 4 Bpeak/Eacc m. T/(MV/m) 4. 2 P (W) (U = 1 J) Qe Port 1 0. 001867 2. 19 E 12 Port 2 0. 001352 3. 02 E 12 Port 3 0. 005441 7. 51 E 11 Port 4 0. 003435 1. 19 E 12 Port 5 0. 003320 1. 23 E 12 11

650 MHz 2 -cell超导腔的机械设计 • • • 频率对压力的敏感度（df/dp） – -68. 7 Hz/mbar – The stress under 2 bar (44. 5 MPa) 调谐灵敏度（Tuning） – Tuning sensitivity: 310 k. Hz/mm – Stiffness: 16001 N/mm 洛伦兹失谐系数（LFD） – LFD coefficient= - 4. 16 Hz/(MV/m)2 Stress @ 2 Bar 12

学术活动 1 2 3 4 CEPC SRF System Study CEPC Cavity R&D CEPC High Q Cavity Study 超导高频腔的 发展现状与展望 19 -21 Apr, 2017 Wuhan CEPC Spring Seminar 19 -21 Apr, 2017 Wuhan 15 Jul, 2017 Beijing 17 -18 Aug, 2017 Lanzhou CEPC Spring Seminar 6 th IHEP-KEK SCRF Collaboration Meeting 实用化高温超导 材料产学研合作组会议 交流超导腔的掺氮和测试（FNAL，2016. 12） 参加超导腔掺氮实验（KEK，2017. 11） 23

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E-XFEL与LCLS-II超导腔的测试结果对比 1. 3 GHz 9 -cell超导腔测试结果（E-XFEL） 设计指标： Q 0=1 e 10@Eacc=23. 6 MV/m 1. 3 GHz 9 -cell超导腔测试结果（LCLS-II） 设计指标： Q 0=2. 7 e 10@Eacc=16 MV/m 26

KEK的超导腔掺氮研究 Kensei Umemori, Ndoping/infusion study in KEK/J-PARC, LCWS 2017 27

铁基超导薄膜（1） 利用Nb的HC 1、Hsh高 的优点，Nb的RRR不 用太高。 counterflow induced by Nb in the S layers with λ > λ 0 绝缘层厚度若干nm，抑制 Josephson coupling。 Screened magnetic field in a multilayer 29

铁基超导薄膜（2） 多层薄膜可以提高铁基的HC 1。 Here Bc 1 at d. S << λ depends weakly on the materials properties, so getting Bc 1> 200 m. T requires d. S < 100 nm at ξS = 5 nm. 国外的 实验已证实。 30