我國首套銅鈮復合腔高穩定超導加速單元通過測試

科學導報訊 1月1日，筆者從中國科學院近代物理研究所獲悉，該所自主研制的我國首套銅鈮復合腔高穩定超導加速單元成功通過各項測試，標志著我國面向高可靠應用的銅鈮復合超導腔技術取得突破性進展。

一直以來，超導直線加速器在高通量的中子源、中微子源、繆子源等兆瓦級高功率離子束應用中具有顯著優勢。然而，傳統純鈮超導腔在長期運行穩定性和可靠性方面存在不足，制約其發展。

針對上述問題，研發團隊提出了新的復合材料技術路線，歷經5年多時間成功攻克銅鈮界面材料難以互溶、復雜曲表面覆高品質厚銅層等多個技術難題，有力推動了射頻超導技術與增材制造技術的深度融合。

該超導加速單元由9支半波長形銅鈮復合超導腔組成。在4.2K（1K=-272.15℃）的低溫測試環境中，銅鈮復合超導腔的平均表面峰值電場、平均腔體頻率洛倫茲失諧系數和平均腔體頻率氦壓敏感系數等各項性能顯著優于純鈮超導腔加速單元。

一方面，研發團隊充分驗證了復合材料在提高超導加速器運行穩定性方面的優勢；另一方面，與依賴昂貴2K液氦系統進行制冷的傳統純鈮超導腔相比，銅鈮復合腔超導加速單元展現出在運行環境適應性和成本控制方面的優勢。它能夠在4.2K液氦環境下穩定運行，大幅降低了超導加速單元的制冷成本，為超導加速器的工業化應用提供了更為經濟高效的技術方案。

據介紹，該成果將有力提升我國在超導加速器領域的技術水平，為基于射頻超導加速器的大科學裝置建設提供高性價比、高可靠性技術方案。