《用鈮材改性法提高超導腔性能的理論和實驗研究》是依託北京大學，由林林擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：用鈮材改性法提高超導腔性能的理論和實驗研究
- 依託單位：北京大學
- 項目負責人：林林
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高加速梯度和品質因數超導腔是超導加速器的核心部件。目前超導腔的射頻性能已經接近純鈮的材料極限，鈮材摻雜改性處理有望突破這一限制。本項目基於北京大學的前期研究，通過在高純鈮材中摻入適量特定元素的方法提高超導腔的加速梯度和品質因數。包括：從理論上研究摻入元素在超導材料改性中的作用；通過實驗研究挑選合適的摻雜元素、最佳化摻雜比例、降低成本、提高品質；研究改性鈮材及超導腔表層的摻雜工藝，選取冶煉法、離子注入法、薄膜熱擴散法和氣體熱擴散摻雜，以獲得高的下臨界磁場、低表面電阻且機械、熱導性能良好的鈮材，研製改性鈮超導腔，進行後處理研究及低溫射頻性能測試；重點對超導腔表面微納尺度乾式高溫氣體摻入改性處理進行系統的理論及實驗研究，建立了專用鈮腔摻雜高真空處理裝置，可以線上對腔體表面進行離子剝離、離子摻雜、反應濺射成膜等。通過項目研究，將對超導材料和超導腔摻雜改性機理有系統認識，獲得提高超導腔性能的新方法。
結題摘要
純鈮超導腔作為在大科學裝置上有廣泛套用的射頻超導加速器的核心部件，其加速梯度和品質因數在很大程度上決定了工程造價和運行成本。為保持高加速梯度的同時大幅提高超導腔的品質因數，對鈮材進行摻氮處理是目前最有希望進入工程套用的方案。在本項目的支持下，北京大學對純鈮超導腔氮摻雜開展了理論和多種摻雜方案的實驗研究，在國內率先實現了多種方案下都能保持高加速梯度的同時大幅提高超導腔品質因數的目標。在低溫測試時的加速梯度可達20 MV/m以上，2K溫度時中高場下的品質因數超過4×10^10，1.8K溫度時的品質因數超過5×10^10，多次取得了國內領先及國際先進水平的成果。同時在大晶腔輕摻雜方案上摸索出了一套可重複的行之有效的工藝流程，為下一步純國產實用型9-cell摻氮超導腔的大批量生產，以及在上海硬X射線自由電子雷射裝置等大科學工程上的套用提供了基礎。
