記者1月1日從中國科學(xué)院近代物理研究所獲悉，中國首套銅鈮復(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各項測試，標(biāo)志著中國面向高可靠應(yīng)用的銅鈮復(fù)合超導(dǎo)腔技術(shù)研究取得突破性進展。

業(yè)內(nèi)專家稱，這一重要成果將加速提升中國在超導(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)提供高性價比、高可靠性的技術(shù)方案。

最新研制成功的中國首套銅鈮復(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）的低溫測試環(huán)境中，其銅鈮復(fù)合超導(dǎo)腔的平均表面峰值電場達到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)腔單元對應(yīng)值的50%和15%，各項性能顯著優(yōu)于原純鈮超導(dǎo)腔加速單元。

中國科學(xué)院近代物理研究所項目團隊介紹說，一直以來，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高功率離子束應(yīng)用中具有顯著優(yōu)勢。然而，傳統(tǒng)純鈮超導(dǎo)腔的長期運行穩(wěn)定性和可靠性不足，一直是制約其發(fā)展的關(guān)鍵因素。

針對這一難題，項目團隊提出新的復(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)厚銅層等多個技術(shù)難關(guān)，實現(xiàn)有力推動射頻超導(dǎo)技術(shù)與增材制造技術(shù)的深度融合。

本項研究成果，一方面充分驗證其在提高超導(dǎo)加速器運行穩(wěn)定性方面的顯著優(yōu)勢，另一方面，與依賴昂貴2K（約零下271攝氏度）液氦系統(tǒng)進行制冷的傳統(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)出在運行環(huán)境適應(yīng)性和成本控制方面的優(yōu)勢。

項目團隊表示，他們研制成功的中國首套銅鈮復(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