原子層堆積法を用いる多層薄膜超伝導体による加速空洞の高性能化

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加速器に適用する多層薄膜超伝導体の高周波表面抵抗と臨界磁場を評価するための空洞共振器の開発を進めた．多層薄膜超伝導体を評価するための空洞共振器の内空間設計と励振される電磁場を解析した．電磁場解析コードを用いて空洞共振器内に励振される電磁場を決定した．試験空洞は超伝導加速空洞の励振周波数1.3 GHzの四倍高調波の5.2 GHzにおいてTE013モードで共振するように設計した．具体的には，空洞内のRFパワーが1 Wのとき，サンプルに励振される磁場強度（実効値）が60 kA/m，そのほかの空洞内壁（半球部内面）における最大磁場強度（実効値）の最大値が28.2 kA/mとなるように空洞内空間を設計した．これにより，サンプル面とそれ以外の面での磁場強度比は2.13:1となり，要求性能を実現できることを示した．また，空洞内部に微小プローブを挿入したときの共振周波数の偏移量を測定することで，設計と同等な電磁場が空洞内に励振されていることを確認した．次に，アルミニウムでの空洞共振器の内空間形状と電磁場設計を保ちながら，ニオブ (Nb) 製高周波臨界磁場測定用空洞の設計法を開発した．このことにより，空洞共振器を高感度化し，低損失の超伝導体で空洞を製作することができる．製作精度が要求される半球部は，プレス加工により空洞共振器を試作して設計値との誤差を評価し，その誤差を組み入れて電磁場分布を計算した．このとき，サンプル面とそれ以外の面での磁場強度比は2:1となり，要求仕様を満たす．このことから，プレス加工は多層薄膜超伝導体評価用空洞共振器の製作に適していることを示した．また，Nb製多層薄膜超伝導体評価用空洞共振器を製作するとき，設計値に対して1 mmの誤差は許容できることも示した．