Водород является примесью, оказывающей самое большое влияние
на окончательные параметры сверхпроводящего резонатора. Содержа-
ние водорода в ниобиевом слитке, используемом для изготовления
резонатора, не должно превышать 3 ppm массовой концентрации. Ок-
сидная пленка, образующаяся на поверхности резонатора, препятству-
ет проникновению водорода из воздуха в ниобий. Однако в процессе
химической или электрохимической полировки ниобий подвергается
воздействию смеси кислот, которые разрушают защитную оксидную
пленку, позволяя водороду диффундировать в толщу стенки ниобиево-
го резонатора. При температурах химической обработки около 20
◦
С
содержание водорода в ниобии может возрасти до 10. . . 200 ppm. При
комнатной температуре водород, растворенный в ниобии, находится в
свободном состоянии и его содержание может быть легко определено
по изменению проводимости материала, а также методами спектроско-
пии. В процессе охлаждения водород из свободной альфа-фазы пере-
ходит в бета- и эпсилон- фазы ниобий-водородного раствора. Наиболь-
шую подвижность гидрид ниобия имеет при температуре 100. . . 150 K.
При этих температурах водород-ниобиевые соединения скапливаются
вокруг дислокаций, границ зерен или примесных атомов и молекул,
таких как субоксиды ниобия [3]. Скопления гидрида водорода повыша-
ют поверхностное сопротивление сверхпроводящего ниобия, вызывая
точечную диссипацию энергии и резко снижая добротность резона-
тора с 1010 до 108. Недавние исследования [16] показали, что при
увеличении концентрации кислорода в ниобии распределение бета- и
эпсилон- фазы раствора водорода в ниобии становится более равно-
мерным, снижая, таким образом, локальный перегрев. Для удаления
водорода, растворенного в ниобии в процессе электрохимической или
химической полировки, проводится дегазация путем нагрева резона-
тора и выдержки в течение 12 ч при температуре 600
◦
С или 1–2 ч при
температуре 800
◦
С. Однако отжиг при такой температуре приводит к
частичной рекристаллизации материала, что также влияет на темпе-
ратурное распределение в резонаторе. Высокое содержание водорода
в ниобии может также оказывать влияние и на его тепловые свойства.
Снижение теплопроводности и увеличение теплоемкости, вызванное
наличием гидридов ниобия, могут искажать равномерное распределе-
ние температуры и снижают тепловую устойчивость резонатора.
Другие примеси оказывают меньшее влияние на тепловые и элек-
тромагнитные свойства сверхпроводящего ниобия. Скопление атомов
углерода на границе зерен может вызывать уменьшение фононного пи-
ка теплопроводности ниобия в сверхпроводящем состоянии. Согласно
недавно полученным данным [2], средняя локальная разориентация
184
1,2,3,4,5,6,7,8 10