超导高频铜腔镀铌研究进展

随着粒子加速器超导高频技术的发展,超导高频腔的加速梯度与Q_0值已接近纯铌材料的极限。然而,相比纯铌材超导高频腔,铜镀铌腔具有热稳定性高、机械稳定性高、对于直流磁场不敏感、RF性能和热性能可分离、优化的BCS电阻等优点。但目前铜镀铌腔在中等加速梯度(10～15 MV/m)下有较为严重的Q值下降,而且随超导腔的频率增加其下降趋势增大。近年来,镀膜超导高频腔的研究热点主要集中在:①通过采用能量更高的沉积技术,如:高功率脉冲磁控溅射、阴极电弧法、电子束等离子体蒸镀法、激光脉冲沉积等方法,降低薄膜内缺陷,提高薄膜的致密度,薄膜与衬底的结合力;②通过研究薄膜中氧、氢等杂质含量对表面剩余电阻等的影响,进而分析引起Q值下降的原理;③研发性能更优的多层膜结构以及新型沉积方法等。铜镀铌腔在LEP、LHC等粒子加速器中已经得到应用,并且稳定运行多年,证明其工程应用的可靠性与实际意义。     

1.3 GHz高频铜腔磁控溅射镀铌工艺研究北大核心CSCD

相比于纯铌超导高频腔,铜腔内壁镀铌超导腔具有对直流磁场不敏感、热稳定性高、造价成本低等一系列优点,并且铜腔镀铌工艺是铜腔表面制备Nb3Sn、NbN以及超导-绝缘-超导(SIS)复合膜的基础。因此使用直流磁控溅射法在铜基底高频腔内壁进行铌膜沉积,以探索铜腔镀铌工艺。并借助于FIB、SEM、XRD对铌膜的内部缺陷、表面形貌、晶相结构进行表征分析。研究结果显示:通过控制镀膜真空室的洁净、降低镀膜时间和放电气压,以及控制磁环的运动方式,获得了铜腔轴向分布均匀,Tc值达9.26 K,表面连续性较好的铌膜。铜镀铌腔垂直测试结果显示,腔性能在Q0>108下达到了5 MV/m,对应峰值磁场24 mT。该结果为后续进一步改善镀铌质量,提高镀膜超导腔性能,以及尝试在铜基底上进行其他超导材料(NbN、Nb3Sn)的镀膜奠定了良好的基础。     

射频超导腔束管用无缝铌管工艺研究

传统射频超导腔用铌管是采用焊接管或冲压管,存在诸多缺点.因此研制了一种制备无缝铌管的新工艺.新工艺的要点是,采用轴向镦粗和轴向拔长与间歇锻造相结合的冷锻加工方式,有效地控制了加工过程中气体元素的污染而对铌管残余电阻率比率(RRR)的影响.采用800 ℃,1 h退火工艺保证管材具有晶粒尺寸大而均匀的再结晶组织.新工艺制备的无缝铌管的RRR值和综合力学性能均达到或超过了射频超导腔用铌管的技术指标.新工艺无缝铌管的性能比焊接管和冲压管优异,制造成本比焊接法和冲压法低,生产效率要高.     

北京正负电子对撞机重大改造工程超导腔恒温器静态热负荷分析

北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCII)采用了频率为500 MHz的单cell超导纯铌腔作为加速腔.通过有限元分析的方法对超导腔恒温器各部件进行热模拟和分析,并将模拟分析结果与超导腔的水平测试结果进行比较验证,确认数值分析结果为可信的,且得出对备用超导腔恒温器设计、加工和运行具有指导意义的结果.     

铌酸钾钠无铅压电陶瓷薄膜的制备方法研究

铌酸钾钠无铅压电陶瓷薄膜具有居里温度高、机电耦合系数高、介电常数低等优点,制备方法种类繁多。综述了铌酸钾钠薄膜的制备技术,包括溶胶-凝胶法、脉冲激光沉积法和磁控溅射法等;讨论了铌酸钾钠薄膜各种方法的制备工艺与功能性质的关系等,指出了各种制备技术的优缺点及发展现状;最后提出了目前铌酸钾钠薄膜制备及应用中存在的一些问题及今后的发展方向。     

“超导腔用铌板材开发”项目不久前通过验收

据有关媒体报导，受国家科技部委托，宁夏自治区科技厅不久前组织专家，对宁夏西北稀有金属材料研究院“超导腔用铌板材生产技术开发”项目进行了现场验收。该项目是为总投资35亿美元、能级为亿万电子伏特的世界上最大的超导直线加速器工程研发出所需的超导铌板。该工程是多国合作的跨国项目，建在德国汉堡，总长33公里，需要消耗铌板材约500吨。工程建成后，将大大促进物理学、化学、材料学、环境和地球科学、结构生物学等许多领域的科技进步，可解决核废料的处理问题。     

钇钡铜氧超导薄膜光诱导弛豫特性研究

采用TFA-MOD法在LaAlO3(LAO)单晶基底上制备了钇钡铜氧(YBCO)超导薄膜,利用X射线衍射对YBCO超导薄膜的结构进行了表征,并对其最佳沉积工艺进行了分析;研究了YBCO薄膜在不同温度和不同光功率下的光诱导特性.在光诱导下,YBCO薄膜出现了明显与电子体系相关的弛豫现象,说明薄膜的光致电阻变化与激光的功率...     

超导稳频振荡器的研究

基于理论分析和计算机仿真,得到了超导稳频振荡器的设计方案,主要包括高Q超导腔、低温环境及锁相环电路等组件的设计。通过实验验证,超导腔的Q值达到2×10⁹,低温环境温度达到1.8 K,温度的稳定度优于0.001K。根据实验结果优化设计后进行系统联调,得到了初步实验结果,超导稳频振荡器的1s频率稳定度达到10^-13量级     

脉冲激光沉积技术制备超导铌薄膜及其特性研究

采用脉冲激光沉积技术(PLD)在硅衬底上制备超导Nb薄膜,并通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨X射线光电子能谱(XPS)、综合物性测量系统(PPMS)等测试分析手段,分别考察了不同激光能量、靶基间距、衬底温度对Nb薄膜晶体结构、表面形貌和电学性能的影响。结果表明,Nb薄膜在(110)晶向择优生长,并且随着激光能量的增加,薄膜的结晶质量逐渐提高;合适的衬底温度和靶基间距有利于提高Nb薄膜的结晶性能;在激光能量280 mJ、靶基间距5cm、加热盘温度650℃时制备所得Nb薄膜在(110)晶面半峰宽(FWHM)为0.39°,超导转变温度(Tc)为8.6K,且Nb薄膜具有良好的结晶性能和超导特性。     

Spoke型超导腔水平测试低温恒温器的设计

Spoke型射频超导(SRF)加速腔水平测试低温恒温器是中国科学院先导专项加速器驱动次临界系统(ADS)项目的重要设备之一,水平测试成功与否,直接影响到超导腔、耦合器、调谐器等能否带束流运行。对水平测试恒温器的功能及工作流程进行了初步分析,通过对恒温器中部分关键部件结构及热力学分析,以及不同温区热负荷模拟分析研究,确定恒温器的结构形式,同时为恒温器的低温测试和运行的稳定性提供理论依据。     

超导磁分离工业废水处理技术研究

超导高梯度磁分离污水处理是一种新型的污水处理技术.采用超导磁体和经过表面有机改性的铁磁性颗粒为"磁种"与污水中非磁性有害物质絮接,通过强磁场分离COD值降到78 ms/L,污水净化效果良好.讨论了利用等离子体聚合薄膜制备具有强捕捉能力的磁性粒子工艺.     

日本开发出在Nb3Al超导线上快速镀厚铜工艺

日本物质及材料研究机构超导材料研究中心与Hikifune公司共同开发出在km级Nb3Al超导线上快速镀厚铜工艺。与以前包覆轧制的线材相比，在极低温度下电阻可减少4～5倍，作为超导稳定化导体，可耐1000A级的运转电流，且断面可制成圆形，因此有望用于具有大型强磁场超导磁体的加速器和热核炉等多种用途。另外，该技术还可用于超导线以外的领域，如机械复合加工较困难的高强度钢琴线、光纤等需要高效、大量复合高质量铜的产品。[第一段]     

超导技术在强电领域的应用及市场分析

自1911年发现超导现象后,至今已整整100年。在这百年里,无数科技工作者一直为寻求高临界转变温度的超导材料和推进超导技术实用化而奋斗。如今,低温超导材料（以液氦为制冷剂）铌钛合金（NbTi）和铌三锡（Nb3Sn）已用于低温高场磁体,     

船形高频腔壳体成型工艺研究

大功率质子束加速器广泛应用在基础物理、核工业、家庭安全等领域，其中大功率波导型射频腔极为重要。船形射频腔具有最高的空载Q值和分流阻抗，是GeV质子束加速器的良好选择。船形铜射频腔体的制造，主要难点在于腔体复杂轮廓壳体的成型，为此，本文对其进行了详细的成型工艺研究。通过PAM-STAMP 2G仿真分析软件对高频腔壳体进行了模压成型数值模拟，分别分析了椭圆弧成型过程中壳体的减薄量、残余应力以及成形回弹，为实际模压成型提供了理论依据。根据模拟结果设计的高频腔椭圆壳体成型模具能够成功实现椭圆弧的实际模压成型。     

铌

一．铌铁、金属铁 需求2004年世界铌的总需求以纯铌计为30000t，比上年（27000t）增长10％。其中在以低合金高强度钢、IF钢及不锈钢为代表的钢铁用途方面，以铌铁形式使用的铌同以前一样占90％，剩下的以金属铌、高纯五氧化二铌、真空级铌合金（真空级铌铁、铌丝）的形式分别用于超导材料、溅射靶材料、光原透镜及超耐热合金等。以钢铁生产量急剧增加的中国为首，铌在钢铁方面的需求在增长，估计消费量达到43000t。     

Spoke型超导腔非稳态降温过程模拟与热应力分析

Spoke型超导腔是一种用于中低β加速段的新型超导腔加速结构.使用数值计算方法研究了Spoke型超导腔在非稳态降温过程中的温度分布情况和降温规律,并以此为基础计算了降温过程中的热应力分布情况及其变化规律.结果表明,在降温过程中由于流动不均匀导致Spoke型超导腔温度分布产生了不均匀性,其不均匀程度在降温过程中呈现先迅速...     

由铌单晶制成的粒子加速器

美国杰弗逊实验室报道，由单晶铌制成的粒子加速腔比过去制造的组装件工作效果更佳，而且成本还更低。参比金属公司提供了大晶粒和单晶铌。研究人员用金属锭制成了4个铌腔体。初步测试表明，新工艺制造过程简单、成本低、组装时间短，产品性能优良。     

离子注入Nb不锈钢双极板的耐孔蚀性能研究

为了探索离子注入Nb不锈钢双极板在模拟质子交换膜燃料电池(PEMFC)中的性能,采用极化曲线、恒电位试验和电化学阻抗谱等方法研究了离子注入铌316不锈钢在PEMFC环境中耐孔蚀性能的影响.研究表明:模拟PEMFC环境中316不锈钢和离子注入铌316不锈钢试样均发生孔蚀;Nb离子的注入提高了抗孔蚀性能,且随着介质温度的升高,孔蚀倾向加剧.孔蚀的诱发是离子注入铌316不锈钢表面水解形成Nb(OH)+4,导致钝化膜局部溶解破坏所致.模拟PEMFC环境中316不锈钢表面注入铌层膜电阻Rcoat、电荷转移电阻Rct升高,而注入铌层的电容值Ccoat、双电层电容Cct下降,表明注入铌层成为高电阻、低电容的阻挡层,对基体起到良好的保护作用.     

增强型脉冲离子源镀制DLC薄膜拉曼光谱研究

本文利用增强型脉冲电弧离子源在硅基底上沉积类金刚石薄膜，拉曼光谱分析表明DLC薄膜中sp^3键含量比不加磁过滤装置时脉冲离子源所镀的类金刚石薄膜高，折射率更接近金刚石折射率2．4并且光学带隙也增大，证明用增强型脉冲离子源镀制的类金刚石薄膜sp^3键含量提高，性能得到了很大改善。     

166.6 MHz超导腔加强筋结构的多物理场耦合仿真

高能同步辐射光源加速器的166.6 MHz超导腔采用4.5K饱和液氦浸泡冷却,其内导体与小束管之间设计有加强筋以改善超导的应力分布,加强筋会影响气泡排出,气泡聚集过多会降低液氦冷却效果,有引发失超的风险.使用Fluent、Hfss软件对超导腔内导体附近的流场进行了流动/传热/电磁多物理场耦合仿真,研究了加强筋顶部开孔设...