高梯度射頻超導(dǎo)腔及其功率耦合器材料的研究.pdf

1、本文介紹了射頻超導(dǎo)腔的基本知識(shí)及其最新研究成果，重點(diǎn)介紹高梯度場(chǎng)射頻超導(dǎo)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(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量溫區(qū)為2.5K至10K，深入地研究了高純鈮的熱導(dǎo)性能。大量的測(cè)量表明熱導(dǎo)與RRR之間在3-10K之間的一致關(guān)系。其次，建立了一系列RRR測(cè)量系統(tǒng)。在國(guó)際上首次對(duì)不同RRR值高純度鈮的磁阻進(jìn)行了大量試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在0-3T的磁場(chǎng)區(qū)，磁阻特性為線性關(guān)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(chǎng)外延法’測(cè)量超導(dǎo)鈮的RRR建立國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)提供了重要的數(shù)據(jù)。對(duì)渦流無(wú)損探測(cè)RRR的方法進(jìn)行了深入的研究，獨(dú)創(chuàng)了一套有效的測(cè)量及校準(zhǔn)的方法。研制了一套用于超導(dǎo)腔RRR在線測(cè)試的27探頭的測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)際應(yīng)用于TTF超導(dǎo)腔在加工和熱處理過(guò)程中腔體材料性能的監(jiān)測(cè)。對(duì)近100個(gè)超導(dǎo)腔與RRR的關(guān)系進(jìn)行的統(tǒng)計(jì)分析表明BCP(bufferedchemicalpolishing)化學(xué)拋光的超導(dǎo)腔加速場(chǎng)

3、梯度呈現(xiàn)Eacc∝RRR的關(guān)系，而對(duì)于EP(Electro-polishing)電化學(xué)拋光的超導(dǎo)腔，當(dāng)RRR大于200時(shí)，Eacc基本上與RRR無(wú)關(guān)。第三，實(shí)驗(yàn)研究了一些污染高純度鈮的一些因素，如機(jī)加工、電子束焊接、機(jī)械拋光、化學(xué)拋光、電化學(xué)拋光等以及影響純鈮RRR均勻性的各種因素。在國(guó)際上率先開(kāi)展了超高真空(10-6mbar-10-8mbar)下的電子束焊接對(duì)高純鈮性能的影響研究并探討了其機(jī)理。研究表明，在氣壓低于5×10-6mbar

4、時(shí)，可以適當(dāng)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(duì)腔體性能影響更為值得關(guān)注。真空高于10-7mbar時(shí)，焊接區(qū)性能不再提高，表明更高的真空度己沒(méi)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(guò)度集中現(xiàn)象，氧和氫的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他地方。由于氧與超導(dǎo)腔品質(zhì)因素的退化有直接關(guān)系，這一發(fā)現(xiàn)對(duì)進(jìn)一步改進(jìn)電子束焊接工藝有著重要的意義。第四，實(shí)驗(yàn)研究了熱處理對(duì)高純度鈮機(jī)械性能的影響。研究表明高溫

5、800-1400℃熱處理對(duì)高純鈮的彈性形變基本沒(méi)有影響，但對(duì)塑性形變影響較大。為優(yōu)化無(wú)焊縫超導(dǎo)鈮腔液壓成形技術(shù)，研究了高純鈮管的脈沖應(yīng)力應(yīng)變性能。第五，參與了渦流無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于鈮板的缺陷和雜質(zhì)的掃描研究，試驗(yàn)表明這種方法可以檢測(cè)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(zhì)的掃描研究，初步試驗(yàn)表明可以檢測(cè)出0.1mm大小的缺陷。最后，研究了熱處理對(duì)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(shí)驗(yàn)