記者1月1日從中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所獲悉，中國(guó)首套銅鈮復(fù)合腔高穩(wěn)定超導(dǎo)加速單元，近日由該所自主研制成功并通過(guò)各項(xiàng)測(cè)試，標(biāo)志著中國(guó)面向高可靠應(yīng)用的銅鈮復(fù)合超導(dǎo)腔技術(shù)研究取得突破性進(jìn)展。

業(yè)內(nèi)專家稱，這一重要成果將加速提升中國(guó)在超導(dǎo)加速器領(lǐng)域的技術(shù)水平，可為基于射頻超導(dǎo)加速器的大科學(xué)裝置建設(shè)提供高性價(jià)比、高可靠性的技術(shù)方案。

最新研制成功的中國(guó)首套銅鈮復(fù)合腔高穩(wěn)定超導(dǎo)加速單元由9支半波長(zhǎng)型銅鈮復(fù)合超導(dǎo)腔組成，在4.2K（約零下269攝氏度）的低溫測(cè)試環(huán)境中，其銅鈮復(fù)合超導(dǎo)腔的平均表面峰值電場(chǎng)達(dá)到35兆伏每米（MV/m），平均腔體頻率洛倫茲失諧系數(shù)和平均腔體頻率氦壓敏感系數(shù)分別降至約—4.9赫茲每平方兆伏每米（Hz/<MV/m>2）和—2.9赫茲每毫巴（Hz/mbar），是原純鈮超導(dǎo)腔單元對(duì)應(yīng)值的50%和15%，各項(xiàng)性能顯著優(yōu)于原純鈮超導(dǎo)腔加速單元。

中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)介紹說(shuō)，一直以來(lái)，超導(dǎo)直線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(jí)高功率離子束應(yīng)用中具有顯著優(yōu)勢(shì)。然而，傳統(tǒng)純鈮超導(dǎo)腔的長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)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(duì)這一難題，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提出新的復(fù)合材料技術(shù)路線，歷經(jīng)5年多持續(xù)努力，終于攻克銅鈮界面材料難以互溶、復(fù)雜曲表面覆高品質(zhì)厚銅層等多個(gè)技術(shù)難關(guān)，實(shí)現(xiàn)有力推動(dòng)射頻超導(dǎo)技術(shù)與增材制造技術(shù)的深度融合。

本項(xiàng)研究成果，一方面充分驗(yàn)證其在提高超導(dǎo)加速器運(yùn)行穩(wěn)定性方面的顯著優(yōu)勢(shì)，另一方面，與依賴昂貴2K（約零下271攝氏度）液氦系統(tǒng)進(jìn)行制冷的傳統(tǒng)純鈮超導(dǎo)腔相比，銅鈮復(fù)合腔超導(dǎo)加速單元也展現(xiàn)出在運(yùn)行環(huán)境適應(yīng)性和成本控制方面的優(yōu)勢(shì)。

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)表示，他們研制成功的中國(guó)首套銅鈮復(fù)合腔高穩(wěn)定超導(dǎo)加速單元，能夠在4.2K（約零下269攝氏度）液氦環(huán)境穩(wěn)定運(yùn)行，可大幅降低超導(dǎo)加速單元的制冷成本，從而能為超導(dǎo)加速器的工業(yè)化應(yīng)用提供更為經(jīng)濟(jì)且高效的技術(shù)方案。

銅鈮復(fù)合腔高穩(wěn)定超導(dǎo)加速單元腔串集成