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

Nb3Sn薄膜超导加速腔创新Nb3Sn薄膜沉积技术的建立

• 批准号: 22K18130
• 负责人: 井藤 隼人
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: High Energy Accelerator Research Organization
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18130/
• 关键词: 超伝導加速空洞; ニオブスズ; 成膜; 核生成; 結晶成長; Nb3Sn

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。

近年来，NB3SN超导加速腔已引起人们的注意，它是一个取代NB超导加速腔的腔，并通过在NB腔中加热和蒸发SN和SNCL2来形成NB3SN膜，以形成NB3SN膜的内部表面。在这项研究中，目的是在NB表面上事先形成SN膜，以产生比以前用SNCL2 Vapor进行的NB3SN成核密度更高的成核密度，并使之后形成的NB3SN膜变得更好，并且具有更好的平滑度，并且具有更好的超导性。今年，我们在NB样品上进行了SN膜形成测试，然后进行2）构建一个小的NB3SN膜形成炉，以在样品表面上形成NB3SN膜。 1）从NB超导加速腔中使用的NB板块材料中切出15毫米平方样品，然后进行化学抛光，镜像抛光和退火，以准备在干净表面上的NB样品。测试准备的样品，使用NIMS的溅射装置形成SN膜。通过调整溅射的输出和时间，我们在样品上成功形成了大约100 nm的SN膜。此外，在KEK PF的Neg Coating设备中进行了NB/SN溅射测试，以在具有复杂形状的表面上形成SN膜，例如超导加速腔。 2）发射了一个小型管状炉，以使用样品进行NB3SN膜形成测试。核心管用于承受1100度或更高的高温。真空排气系统由干泵和涡轮分子泵构建，达到的真空水平约为5e-4pa。加热测试证实该操作可以稳定在1100度下进行。目前，我们正在考虑引入其他加热器以积极蒸发反应堆核心管中的SN。

项目成果

Nb3Sn超伝導加速空洞のための新規成膜手法の開発

Nb3Sn超导加速腔新沉积方法的开发

• 发表时间: 2022
• 作者: 井藤 隼人