Стр. 1 - Основные проблемы термостатирования сверхпроводящих ниобиевых резонаторов линейных ускорителей элементарных частиц

УДК 621.59:538.945

И. А. А р х а р о в, С. С. К о ш е л е в,

Р. К а р к а н ь о

ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ТЕРМО-

СТАТИРОВАНИЯ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ

НИОБИЕВЫХ РЕЗОНАТОРОВ ЛИНЕЙНЫХ

УСКОРИТЕЛЕЙ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ

Рабочие характеристики сверхпроводящего ниобиевого резонато-

ра зависят от теплофизических свойств материала. Основными

факторами, оказывающими влияние на характеристики резонато-

ра, являются содержание примесей, кристаллическая структура

и сплошность ниобия. Анализ научных публикаций выявил особен-

ности технологического процесса, определяющие температурное

распределение в стенке резонатора. Рассмотрено влияние терми-

ческой, химической и механической обработки на характеристики

резонатора. Предложено новое направление исследования, которое

позволит улучшить добротность резонаторов.

E-mail:

20772@mail.ru

Ключевые слова

:

сплошность, химическая чистота, газовые примеси, механи-

ческое напряжение и кристаллическая структура ниобия, теплопроводность и

добротность резонатора.

За последние несколько лет развитие технологии изготовления

СВЧ резонаторов позволило достичь высоких ускоряющих напряже-

ний (вплоть до 100MB/м) при добротности выше 1010. Это обусло-

влено прежде всего применением сверхпроводящих материалов, таких

как ниобий. Дальнейшее совершенствование сверхпроводящих ниоби-

евых резонаторов требует понимания физических процессов, связан-

ных как с диссипацией энергии в поверхностном слое резонатора,

так и с обеспечениемтребуемого температурного поля в его стенках.

Б´ольшая часть резонаторов работает при температурах 1,8–2 K, кото-

рые обеспечиваются системами термостатирования на основе недо-

гретого жидкого гелия. Для получения максимальных характеристик

сверхпроводящего резонатора необходимо поддерживать минимально

возможный температурный градиент между его поверхностным слоем,

выделяющим теплоту, и гелием, его охлаждающим. Поэтому основ-

ными факторами, влияющими на параметры ниобиевого резонатора,

являются значения термического сопротивления стенки и сопротивле-

ния Капицы на границе ниобий-сверхтекучий гелий. Существующие

технологии изготовления сверхпроводящих СВЧ резонаторов не по-

зволяют уменьшать сопротивление Капицы без значительного увели-

чения его стоимости. Поэтому снижение термического сопротивления

стенок резонатора остается фактически единственным путем его со-

вершенствования. Наибольший научный интерес вызывают исследо-

вания влияния сплошности, химической чистоты, газовых примесей,

176