クライオモジュール

ヘリウム浴槽内のSRF空洞、 RFカップリング、および通過する粒子ビームの簡略化されたスケッチ。

クライオモジュールは、超伝導高周波（SRF）加速空洞から構成される最新の粒子加速器の一部であり、非常に低い動作温度（多くの場合約2ケルビン）を必要とします。クライオモジュールは、科学研究のために粒子ビームを加速する、複雑で最先端の過冷却コンポーネントです。超伝導空洞は液体ヘリウムで冷却されます。

加速器のクライオモジュール部分は、ビームを加速する超伝導空洞で構成されており、集束と操縦を行う 磁気格子も含まれています。

設計上の考慮事項

SRF空洞は、1.6 Kから4.5 Kの温度の液体ヘリウム槽に浸漬された薄壁構造であることが多い。ヘリウム槽を室温の外部環境から遮断するためには、慎重な設計が必要である。これは、以下の方法で実現される。

• ガスによる対流熱伝達を排除するために冷たい部品を囲む真空チャンバー。
• 低温部品を包み込む多層断熱材。この断熱材は、アルミ蒸着マイラーと薄いグラスファイバーシートを数十層に交互に重ねた構造で、300Kの外壁から真空断熱材を通して放射される赤外線を反射します。
• 冷却質量体と室温真空容器との間の低熱伝導性機械的接続。これらの接続は、例えば、真空容器内でヘリウム容器の質量体を支えたり、SRF空洞の開口部を加速器ビームラインに接続したりするために必要です。どちらのタイプの接続も、真空容器境界で内部の極低温から室温に移行します。これらの部品の熱伝導率は、断面積が小さく、真空ビームパイプにはステンレス鋼、機械的支持には繊維強化エポキシ（G10）などの低熱伝導性材料を使用することで最小限に抑えられます。また、真空ビームパイプは、ビームのイメージ電流を伝播させるために、内面に良好な導電性が必要です。これは、内面に約100 μmの銅メッキを施すことで実現されます。

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  フェルミ国立加速器研究所で試験中の国際線形加速器（ILC）のクライオモジュール^[1]
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  クライオモジュールの断面図。中央の大きな管はヘリウムガス戻り管で、その下の閉じた管はビーム軸です。
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  クライオモジュールのフランジは、計装用のワイヤやケーブルを接続するために使用されます。
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  クライオモジュール内のビーム軸に沿って配置されるニオブベースの1.3GHz 9セル超伝導無線周波数の例

参考文献

1. 国際リニアコライダー技術設計報告書2013年。国際リニアコライダー。2013年。 2015年8月14日閲覧。

外部リンク

• ジェファーソン研究所のクライオモジュール
• クライオモジュールの画像は2005年1月3日にWayback Machineにアーカイブされています
• クライオモジュールの性能 (PDF) ^{[永久リンク切れ]}