[發明專利]低純鈮-高純鈮混合制備超導腔及其制備方法

在審

• 申請號: 202111054272.6
• 申請日: 2021-09-09
• 公開（公告）號: CN113677082A
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 徐孟鑫;黃玉璐;張升學;何源;劉魯北;蔣天才;王若旭;劉通;李春龍
• 申請（專利權）人: 中國科學院近代物理研究所
• 主分類號: H05H7/20
• 分類號: H05H7/20;H05H7/18;B23P15/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 任文娟

本發明涉及一種低純鈮?高純鈮混合制備超導腔及其制備方法，該低純鈮?高純鈮混合制備超導腔包括：超導腔的幾何結構確定后，通過有限元分析得到所述超導腔內的高頻電磁場分布，在運行的過程中，腔體發熱最嚴重的區域在強磁場區，此區域采用高純鈮板材或棒材，而在其他區域采用低純鈮板材或棒材。本發明通過低純鈮和高純鈮來混合制備超導腔，根據超導腔的高頻電磁場分布，在不同的位置上采用不同純度的鈮材來制備，從而降低整個工程的造價，還可以提高超導腔的機械強度。

技術領域

本發明涉及一種低純鈮-高純鈮混合制備超導腔及其制備方法，屬于粒子加速器加工制造領域。

背景技術

射頻諧振腔是高能粒子加速器的關鍵部件，利用高功率微波(射頻)在諧振腔中建立的高強度電磁場，可以對帶電粒子進行加速或偏轉。與由無氧銅制作而成的常溫諧振腔相比，利用超導材料加工而成的，工作在2K或者4.2K下的射頻超導腔具有更高的品質因數，可以在同樣的距離內使粒子獲得更大的增能。射頻超導諧振腔通常由高純鈮(剩余電阻率RRR300，RRR為300K下的電阻與4.2K下電阻的比值)通過一系列的沖壓成型、機械加工、表面處理、頻率控制、焊接、焊縫打磨來制備。高純鈮價格昂貴，約4500元/公斤，同時其機械強度低，在常溫下的屈服強度大約只有50MPa。而低純鈮(RRR～30)價格便宜，約2000元/公斤，且其機械強度好，常溫下最大能達到125MPa。在當前超導腔的加工中，所有與高頻面接觸的地方都是用高純鈮加工焊接而成，只有在與高頻面沒有接觸的加強筋的加工中采用了低純鈮，這種加工方案，成本高，且腔體機械性能差。而在實際的工程運行中，并不追求單腔性能的極限，而是更看重整個系統的機械穩定性。如何改善現有射頻超導諧振腔的機械強度且降低工程造價是一個亟需解決的問題。

發明內容

針對上述技術問題，本發明提供一種低純鈮-高純鈮混合制備超導腔及其制備方法，本發明通過低純鈮和高純鈮來混合制備超導腔，根據超導腔的高頻電磁場分布，在不同的位置上采用不同純度的鈮材來制備，從而降低整個工程的造價，且提升腔體的機械穩定性。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：

一種低純鈮-高純鈮混合制備超導腔，包括：

所述的低純鈮-高純鈮混合制備超導腔，優選地，所述超導腔的幾何結構確定后，通過有限元分析得到所述超導腔內的高頻電磁場分布，在運行的過程中，腔體發熱最嚴重的區域在強磁場區，此區域采用高純鈮板材或棒材，而在其他區域采用低純鈮板材或棒材。

所述的低純鈮-高純鈮混合制備超導腔，所述超導腔包括：

外導體，其為中空結構，所述外導體的第一端固定在底板上，在靠近所述外導體的第一端處開設有沿其軸向對稱設置的兩槽孔，所述槽孔內裝配有鼻錐，所述鼻錐上裝配有束流管道；

內導體，其亦為中空結構，設置于所述外導體的空腔中，所述內導體的第一端裝配有漂移管，所述漂移管與所述束流管道位于同一中心軸線上。

所述的低純鈮-高純鈮混合制備超導腔，優選地，所述超導腔為四分之一波長腔，所述內導體為高純鈮腔體。

所述的低純鈮-高純鈮混合制備超導腔，優選地，所述外導體為低純鈮腔體，所述鼻錐為低純鈮鼻錐，所述束流管道為低純鈮束流管道，所述漂移管為低純鈮漂移管。

所述的低純鈮-高純鈮混合制備超導腔，優選地，所述外導體和所述內導體的第二端裝配有端蓋，二者通過所述端蓋連接，所述端蓋上設置有清洗口，用于對所述外導體和所述內導體進行清洗，所述端蓋為高純鈮端蓋，所述清洗口為高純鈮清洗口。

所述的低純鈮-高純鈮混合制備超導腔，優選地，所述底板上設置有功率耦合口，所述外導體上設置有信號提取端口，用于收集所述外導體和所述內導體內的信號，所述功率耦合口為低純鈮耦合口，所述信號提取端口為低純鈮端口。