科研進(jìn)展
我國(guó)首套銅鈮復(fù)合腔高穩(wěn)定超導(dǎo)加速單元研制成功
近日，由中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所自主研制的我國(guó)首套銅鈮復(fù)合腔高穩(wěn)定超導(dǎo)加速單元成功通過(guò)各項(xiàng)測(cè)試，標(biāo)志著我國(guó)面向高可靠應(yīng)用的銅鈮復(fù)合超導(dǎo)腔技術(shù)研究取得了突破性進(jìn)展。這一成果的取得將有力提升我國(guó)在超導(dǎo)加速器領(lǐng)域的技術(shù)水平，為基于射頻超導(dǎo)加速器的大科學(xué)裝置建設(shè)提供了高性價(jià)比、高可靠性的技術(shù)方案。
該超導(dǎo)加速單元由9支半波長(zhǎng)型銅鈮復(fù)合超導(dǎo)腔組成。在4.2 K的低溫測(cè)試環(huán)境中，銅鈮復(fù)合超導(dǎo)腔的平均表面峰值電場(chǎng)達(dá)到35 MV／m，平均腔體頻率洛倫茲失諧系數(shù)和平均腔體頻率氦壓敏感系數(shù)分別降至約－4.9 Hz／（MV／m）2和－2.9 Hz／mbar，是原純鈮超導(dǎo)腔單元對(duì)應(yīng)值的50％和15％，各項(xiàng)性能顯著優(yōu)于原純鈮超導(dǎo)腔加速單元。
一直以來(lái)，超導(dǎo)直線加速器在高通量中子源、高通量中微子源、高通量繆子源等兆瓦級(jí)高功率離子束應(yīng)用中具有顯著優(yōu)勢(shì)。然而，傳統(tǒng)純鈮超導(dǎo)腔的長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性不足，一直是制約其發(fā)展的關(guān)鍵因素。針對(duì)這一問(wèn)題，研發(fā)團(tuán)隊(duì)提出了新的復(fù)合材料技術(shù)路線，歷經(jīng)5年多的不懈努力，成功攻克了銅鈮界面材料難以互溶、復(fù)雜曲表面覆高品質(zhì)厚銅層等多個(gè)技術(shù)難關(guān)，有力推動(dòng)了射頻超導(dǎo)技術(shù)與增材制造技術(shù)的深度融合。一方面充分驗(yàn)證了其在提高超導(dǎo)加速器運(yùn)行穩(wěn)定性方面的顯著優(yōu)勢(shì)，另一方面，與依賴昂貴2K液氦系統(tǒng)進(jìn)行制冷的傳統(tǒng)純鈮超導(dǎo)腔相比，銅鈮復(fù)合腔超導(dǎo)加速單元也展現(xiàn)出在運(yùn)行環(huán)境適應(yīng)性和成本控制方面的優(yōu)勢(shì)。它能夠在4.2 K液氦環(huán)境穩(wěn)定運(yùn)行，從而大幅降低了超導(dǎo)加速單元的制冷成本，為超導(dǎo)加速器的工業(yè)化應(yīng)用提供了更為經(jīng)濟(jì)且高效的技術(shù)方案。
圖1：銅鈮復(fù)合腔高穩(wěn)定超導(dǎo)加速單元腔串集成
圖2：銅鈮復(fù)合腔與傳統(tǒng)純鈮腔超導(dǎo)加速單元穩(wěn)定性參數(shù)對(duì)比
