高梯度射頻超導腔及其功率耦合器材料的研究.pdf

1、本文介紹了射頻超導腔的基本知識及其最新研究成果，重點介紹高梯度場射頻超導腔用高純鈮材料及功率耦合器用不銹鋼銅鍍層方面的研究成果。首先，研制了一套基于液氦貯槽的低溫測量系統(tǒng)，測量溫區(qū)為2.5K至10K，深入地研究了高純鈮的熱導性能。大量的測量表明熱導與RRR之間在3-10K之間的一致關系。其次，建立了一系列RRR測量系統(tǒng)。在國際上首次對不同RRR值高純度鈮的磁阻進行了大量試驗，發(fā)現(xiàn)在0-3T的磁場區(qū)，磁阻特性為線性關系，并得到高鈍鈮的磁阻

2、系數(shù)約為2.93×10-12Ωm/T。這些數(shù)據(jù)為在‘磁場外延法’測量超導鈮的RRR建立國際標準提供了重要的數(shù)據(jù)。對渦流無損探測RRR的方法進行了深入的研究，獨創(chuàng)了一套有效的測量及校準的方法。研制了一套用于超導腔RRR在線測試的27探頭的測量系統(tǒng)，實際應用于TTF超導腔在加工和熱處理過程中腔體材料性能的監(jiān)測。對近100個超導腔與RRR的關系進行的統(tǒng)計分析表明BCP(bufferedchemicalpolishing)化學拋光的超導腔加速場

3、梯度呈現(xiàn)Eacc∝RRR的關系，而對于EP(Electro-polishing)電化學拋光的超導腔，當RRR大于200時，Eacc基本上與RRR無關。第三，實驗研究了一些污染高純度鈮的一些因素，如機加工、電子束焊接、機械拋光、化學拋光、電化學拋光等以及影響純鈮RRR均勻性的各種因素。在國際上率先開展了超高真空(10-6mbar-10-8mbar)下的電子束焊接對高純鈮性能的影響研究并探討了其機理。研究表明，在氣壓低于5×10-6mbar

4、時，可以適當提高焊接區(qū)的性能，但在熱影響區(qū)仍存在著一定程度的退化，表明在高真空下，熱影響區(qū)的性能對腔體性能影響更為值得關注。真空高于10-7mbar時，焊接區(qū)性能不再提高，表明更高的真空度己沒有必要。氣體分析表明，在電子束焊接的搭接區(qū)發(fā)現(xiàn)氫和氧的過度集中現(xiàn)象，氧和氫的含量遠遠高于其他地方。由于氧與超導腔品質因素的退化有直接關系，這一發(fā)現(xiàn)對進一步改進電子束焊接工藝有著重要的意義。第四，實驗研究了熱處理對高純度鈮機械性能的影響。研究表明高溫

5、800-1400℃熱處理對高純鈮的彈性形變基本沒有影響，但對塑性形變影響較大。為優(yōu)化無焊縫超導鈮腔液壓成形技術，研究了高純鈮管的脈沖應力應變性能。第五，參與了渦流無損檢測技術應用于鈮板的缺陷和雜質的掃描研究，試驗表明這種方法可以檢測出0.2mm大小的缺陷。目前正在參與SQUID掃描系統(tǒng)在鈮板缺陷和雜質的掃描研究，初步試驗表明可以檢測出0.1mm大小的缺陷。最后，研究了熱處理對功率耦合器用不銹鋼表面銅鍍層的影響，為優(yōu)化工藝提供了理論和實驗