沙鹏，刘振超，翟纪元，刘柏奇，王牧源，戴劲，米正辉，王光伟，孙毅

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1 沙鹏，刘振超，翟纪元，刘柏奇，王牧源，戴劲，米正辉，王光伟，孙毅 20151030
CEPC Cavity High Q R&D 沙鹏，刘振超，翟纪元，刘柏奇，王牧源，戴劲，米正辉，王光伟，孙毅

2 Content Introduction 1.3GHz cavity 650MHz Beta=0.82 cavity
Vacuum system for N2 injection of vacuum furnace at IHEP

3 CEPC cavity requirement
Parameters CEPC-Collider CEPC-Booster Cavity Type 650 MHz 5-cell Nitrogen-doped Nb 1.3 GHz 9-cell Vcav / VRF 17.9 MV / 6.87 GeV 20 MV / 5.12 GeV Eacc (MV/m) 15.5 19.3 Q0 2K 2K Cryomodule number 96 (4 cav. / module) 32 (8 cav. / module) RF coupler power / cav. (kW) 280 c.w. 20 RF source number 192 (800 kW / 2 cav.) 256 (25 kW / cav.) HOM power / cav. (kW) 3.5 0.005 HOM damper + RT 2K + 80K Frequency: 650MHz Gradient: 15.5MV/m High HOMs power damping (several kilo watts) Low loss factor No trapped mode

4 N-doping and fast cooldown

5 Fermilab 650 MHz single cell (beta=0. 9) VT （N-dopingVS
Fermilab 650 MHz single cell (beta=0.9) VT （N-dopingVS. Standard post-process） CEPC主环腔运行指标 CEPC主环腔垂测指标 PIP-II cavity Bpk/Eacc=3.75 CEPC cavity Bpk/Eacc = 4.2 Alexander Romanenko, FCC Week 2015

6 FNAL和JLAB十个1.3 GHz N-doping 9-cell腔 水平测试结果
CEPC增强器腔运行指标 Alexander Romanenko, FCC Week 2015

7 HPR, Vertical test for 1.3GHz cavity
leakage detecting HPR Injection of Liquid He

8 Test results (before N-doping)
, Vertical test before N-doping at IHEP. Quench at 17MV/m.

9 Induction heating Chamber
N-Doping of 1.3GHz Cavity , N-Doping + Plasma Cleaning at PKU Heating to 800° (7min） Maintain 10min （7.5E-4 Pa） N-doping 10min （2.6 Pa） Cool down Maintain 5min （8.5E-4 Pa） Induction heating Chamber

10 Doping data Hydrogen degas 10 minutes Nitrogen anneal 5 minutes
Nitrogen injection 10 minutes

11 Vertical test after N-Doping
No Q0 improvement.

12 Test results for 1.3GHz cavity at FNAL
N-doping + EP

13 Doping data of JLAB FNAL、JLAB、Cornell: 60+ cavities have been N-doping treated, the same procedure with any minor changes of N2 injection.

14 The reason N-doping parameters? (Temperature Vs time, Pressure VS time) Plasma cleaning worse than EP (foreign labs).

15 650MHz N-doping单cell腔加工 充分利用现有原材料及备件，加快研制速度 2015年5月5日将材料运至所工厂
2015年7月2日完成整腔焊接 2015年8月10日在宁夏完成超导腔120um BCP 重抛、退火、20umBCP轻抛，准备进行HPR、洁净间组装及垂直测试 2015年10月14日进行了垂测。

16 Machining

17 垂测探针耦合度校准 真空检漏

18 Vertical test preparation

19 Vertical test result

20 Q0 at low field

21 650MHz single-cell cavity (Beta=1) for CEPC

22 The final welding would be finished at next week。

23 Vacuum furnace at IHEP Valve Diffusion Pump Chamber

24 N2 injection (undergoing)
Chamber Diffusion pump MFC Valve N2

25 N-doping的样片实验 为了搞清楚N-doping的原理，进行铌材样片的表面特性分析非常重要。 已准备与超导腔同步处理的样片12片。
一种说法：铌材中的氢化物使得超导腔的Q值下降，而掺氮后，氮原子可以俘获氢原子，从而提高了Q值。 需要对铌材样片（N-doping前、后）进行两种对比分析： 利用二次离子质谱(Secondary Ion Mass Spectrometry ，SIMS)测量样片的氮原子密度随深度的分布； 利用透视电子显微镜（ Transmission electron microscope ，TEM）对聚焦离子束（ Focused Ion beam ，FIB）制备的铌材样片进行电子衍射谱分析，观察铌晶格的变化。

26 TEM/FIB实验 中科院宁波材料所有相应的仪器设备，将与其合作完成。
TEM得到的N-doping前后Nb lattice的变化（FNAL）

27 SIMS得到的N-doping前后N原子密度的变化（FNAL）
二次离子激发示意图 SIMS得到的N-doping前后N原子密度的变化（FNAL）

28 Thanks for your attention!