竞博jbo娱乐成功研制1.3GHz单cell铜铌复合超导腔

  

  近日,竞博jbo娱乐直线加速器中心的工程技术人员在新建设的2K低温测试平台上对自主研发的1.3GHzcell铜铌复合超导腔成功进行了低温性能测试。2K低温测试系统稳定运行极限温度达到1.3K。超导腔体品质因数(Q0)达到约1.0E10、最大表面电场达到约50MV/m、机械稳定性相对于同类型纯铌超导腔提高了约6倍。

  射频超导腔的高稳定性是强流高功率超导直线加速器的关键,是ADS系统面向未来工业化应用必须解决的关键技术问题。2018年,竞博jbo娱乐直线加速器中心科研人员基于强流超导直线加速器的运行经验,提出以无氧铜和高纯铌复合材料为基础的超导腔技术路线,能够使超导腔获得更高的机械稳定性和热稳定性,以保证超导加速器长期稳定运行。 

  科研人员经过了2年多的技术探索,与合作厂家共同解决了复合材料制备、冲压成型、电子束焊接、表面处理、热处理、低温测试等方面的工艺技术难题,最终研制成功2只基于铜铌复合材料的1.3GHzcell椭球超导腔,并进行了低温测试。 

  测试结果如图1所示,其中2号铜铌复合腔的最大峰值表面电场Epk50MV/m,无辐射剂量;在Epk=10MV/m 时,2K和1.8K对应的无载品质因子Q0分别为9.78E9和1.02E10,铜铌复合腔的实测频率氦压敏感度(df/dp)和洛伦兹失谐系数(LFD_coeff.)分别约为-17Hz/mbar和-0.272Hz/(MV/m)^2,相比于同批次测试的纯铌椭球超导腔均提高了约6倍,显示出更高的机械稳定性。 

  实验还发现这种新型超导腔Q0对降温流程和环境敏感,优化后可以进一步提高复合超导腔的Q0并缓解Q-Slope1.3GHz单cell椭球铜铌复合超导腔的成功研制,为面向高稳定运行强流超导直线加速器的核心技术奠定了基础。 

                                                             

                                       图1:1.3GHzcell铜铌复合超导腔

                                     

                                图2:铜铌复合超导腔Q0-E曲线(左);Q0与降温速率的关系(右) 

  该测试也首次验证了研究所2K及1.8K低温测试平台的性能。该平台是由直线加速器中心低温工程室研制建设,为HIAF和CiADS重大科技基础设施建设服务。2020年3月底,该系统顺利实现各设备的联合调试并成功投入运行。系统由4.5K氦制冷机、低温阀箱、垂测杜瓦、减压降温泵和控制系统等组成,可提供70W@2K制冷量,氦压力稳定度±10 Pa,超流氦液面稳定度5%。在为超导元器件提供4.5-1.5K测试环境同时,兼顾热声振荡、负压换热器性能测试等其它实验需求。2K低温系统的成功建设,不仅为超导腔2K低温测试提供了测试平台,也为HIAF及CiADS大型2K低温系统设计、建造及运行积累了经验,标志着竞博jbo娱乐加速器低温技术迈上了一个新的台阶。 

                                                    

                                         图3:2K低温测试运行曲线 

                

                                                                                                                                                        (直线加速器中心  供稿

  

   

  

   

  

   

  

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