Nb3Sn薄膜超伝導加速空洞のための革新的Nb3Sn成膜技術の確立

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近年、Nb超伝導加速空洞に代わる空洞として注目を浴びているNb3Sn超伝導加速空洞は、Nb空洞内でSnとSnCl2を加熱蒸発させて空洞内面にNb3Sn膜を形成することで製作される。本研究では、Nb表面に予めSn膜を形成することで、従来SnCl2蒸気で行われていたNb3Sn核生成よりも高密度な核生成を行い、その後に形成されるNb3Sn膜をより平滑度良く、かつ超伝導特性の良い膜とすることを目的とする。本年度は①Nbサンプルに対するSn膜形成試験と、その後にサンプル表面にNb3Sn膜を形成するための②小型Nb3Sn成膜炉の構築を実施した。①Nb超伝導加速空洞に用いられるNb板材から15mm角のサンプルを切り出し、化学研磨、鏡面研磨、アニールを施すことで清浄表面のNbサンプルを準備した。準備したサンプルに対して、NIMSのスパッタリング装置を用いてSn膜を形成する試験を行った。スパッタの出力、時間を調整することで、サンプルに約100nmのSn膜を形成することに成功した。また、超伝導加速空洞のような複雑な形状の表面に対してSn膜を形成するために、KEK PFのNEGコーティング装置でのNb/Snスパッタリング試験も進めている。②サンプルを用いたNb3Sn成膜試験を行うために、小型管状炉の立ち上げを行った。炉心管は1100度以上の高温に耐えられるようにHBチューブを用いた。真空排気系はドライポンプとターボ分子ポンプで構築し、到達真空度は5E-4Pa程度である。加熱試験で1100度で安定して運転できることを確認した。現在は炉心管内でSnを積極的に蒸発させるための追加ヒーター導入の検討を行っている。