科研進(jìn)展
我國首套銅鈮復合腔高穩定超導加速單元研制成功
近日，由中國科學(xué)院近代物理研究所自主研制的我國首套銅鈮復合腔高穩定超導加速單元成功通過(guò)各項測試，標志著(zhù)我國面向高可靠應用的銅鈮復合超導腔技術(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在超導加速器領(lǐng)域的技術(shù)水平，為基于射頻超導加速器的大科學(xué)裝置建設提供了高性?xún)r(jià)比、高可靠性的技術(shù)方案。
該超導加速單元由9支半波長(cháng)型銅鈮復合超導腔組成。在4.2 K的低溫測試環(huán)境中，銅鈮復合超導腔的平均表面峰值電場(chǎng)達到35 MV／m，平均腔體頻率洛倫茲失諧系數和平均腔體頻率氦壓敏感系數分別降至約－4.9 Hz／（MV／m）2和－2.9 Hz／mbar，是原純鈮超導腔單元對應值的50％和15％，各項性能顯著(zhù)優(yōu)于原純鈮超導腔加速單元。
一直以來(lái)，超導直線(xiàn)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高功率離子束應用中具有顯著(zhù)優(yōu)勢。然而，傳統純鈮超導腔的長(cháng)期運行穩定性和可靠性不足，一直是制約其發(fā)展的關(guān)鍵因素。針對這一問(wèn)題，研發(fā)團隊提出了新的復合材料技術(shù)路線(xiàn)，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)了射頻超導技術(shù)與增材制造技術(shù)的深度融合。一方面充分驗證了其在提高超導加速器運行穩定性方面的顯著(zhù)優(yōu)勢，另一方面，與依賴(lài)昂貴2K液氦系統進(jìn)行制冷的傳統純鈮超導腔相比，銅鈮復合腔超導加速單元也展現出在運行環(huán)境適應性和成本控制方面的優(yōu)勢。它能夠在4.2 K液氦環(huán)境穩定運行，從而大幅降低了超導加速單元的制冷成本，為超導加速器的工業(yè)化應用提供了更為經(jīng)濟且高效的技術(shù)方案。
圖1：銅鈮復合腔高穩定超導加速單元腔串集成
圖2：銅鈮復合腔與傳統純鈮腔超導加速單元穩定性參數對比
