射频超导腔用高纯铌板的力学性能与微观组织演变

射频超导加速是现代粒子加速器的关键技术,高纯铌板主要用于制造射频超导腔直线加速器用谐振腔,其性能与组织将直接影响射频超导腔的加工难度与腔体质量。本文对高纯铌板进行不同方式轧制变形,并对其进行热处理,随后测试其力学性能,结合高纯铌板的微观组织以及织构与断口形貌分析,研究高纯铌板在不同轧制变形下的力学性能与微观组织演变。结果表明:高纯铌材在轧制变形中,晶面择优由{111}向{100}转动,晶向择优依据变形方式的不同由〈112〉分别转为〈100〉与〈110〉,晶面或晶向的择优转变会影响高纯铌板的再结晶方式产生。在拉应力载荷下,轧制方式可改变高纯铌板的Schmid因子分布与断裂行为;经不同的轧制变形时,高纯铌板可产生微孔聚集型断裂、滑移剪切型断裂及混合型断裂。

射频超导腔性能测量平台的设计与实现

射频超导腔的无载品质因数Q 0和加速梯度E a是评价腔性能的重要指标;为了得到铌溅射超导腔的性能参数,研制了一套射频超导腔性能测量平台,实现Q 0和E a的测量;测量平台由单腔低温柜和超导腔性能测量设备:信号源、功率计和数据采集卡组成;PLC控制真空计、压力传感器、温度传感器和步进电机等设备监测、控制单腔低温柜内的4.2 K低温环境和超导腔的调谐与功率耦合;超导腔性能测试程序基于图形化编程语言LabVIEW开发,由计算机远程操作测试过程;通过接受信号源和功率计的USB通讯接口传送的数据以及采集PCI总线上数据采集卡的信号,经过数据处理后实时显示测量值和Q 0和E a的测试结果,并存入数据库随时调用;测量结果表明,测量平台实现了对铌溅射射频超导腔的性能评价,性能参数达到了设计要求。

工业射频超导腔用高纯铌锭制备工艺综述

介绍了C、N、H、O和Ta杂质质量分数对金属铌残余电阻率(RRR)的影响关系,认为要获得RRR值大于300的铌锭,C、N、O质量分数需小于20×10^(-6),H质量分数需小于2×10^(-6),Ta质量分数需小于500×10^(-6);对碳热还原法和铝热还原法制备铌坯的工艺进行了比较,认为射频超导腔用高纯铌原料必须以铝热还原法制备。同时,重点介绍了2种精炼铌锭的方式:电子束悬浮区域熔炼有利于制备单晶高纯铌,但由于单晶铌中位错密度较高,因而不易获得高RRR值的高纯铌锭;工业中更常见的熔炼方式为电子束熔炼,并发现熔炼次数越多,N、O、H质量分数越低,但经过2次电子束熔炼后,C质量分数不再降低,而坩埚直径越大,RRR值越大。今后,在工业射频超导腔用铌锭制备方面,越来越倾向于利用电子束熔炼技术获取直径更大、晶粒尺寸也更大的高纯铌锭。

多单元超导腔场平滑度调谐器的设计与测试

为了纠正多单元中β射频超导腔在制造过程中由于加工误差和焊接收缩引起的场频率偏移,参照超导腔特性和场平滑度调谐原理设计了多单元超导腔场平滑度调谐器,根据超导腔场平滑度的测试要求搭建了测试系统,并将调谐器用于多单元中β射频超导腔场平滑度的调制过程。测试和实验结果表明:多单元中β射频超导腔场平滑度调谐器可以成功用于超导腔场平滑度的调制。

TU1无氧铜钎料制备铌和316L不锈钢接头的微观组织和力学性能

采用TU1无氧铜作为填充材料进行了反应堆级铌与316L不锈钢连接的真空钎焊,研究了样品和过渡接头在不同温度下的显微组织和力学性能。显微组织表明形成了脆的金属间化合物层并观察到结合面有扩散现象发生。虽然在结合面有脆性金属间化合物形成,但并不影响其在超导射频(SRF)腔中的使用。在室温(300 K)和液氮温度(77 K)下进行了拉伸测试和剪切测试。在液氮温度下,抗张强度高于其在室温下的抗张强度,由于脆性金属间化合物的存在导致其在液氮环境下抗剪切强度低于室温环境。由于我们严格控制焊缝厚度,使过渡接头的抗剪切强度高于样品的强度。最后我们对过渡接头进行真空漏率测试。结果显示,其真空漏率均低于1.1×10^(-9) Pa·L/s,这表明真空钎焊技术适用于低温下使用的高真空容器,例如用于SRF腔的不锈钢氦容器。

Researches on Large Grain SC Cavities at Peking University

Researches on large grain superconducting cavities are carried out at SRF laboratory of Peking University. A 1.3GHz TESLA type single cell cavity and a 1.3GHz 2-cell cavity made of large grain niobium were fabricated by Peking University.With the collaboration of Jlab,the measured Eacc of the single-cell cavity reached 43.5MV/m after BCP,baking and high temperature heat treatment.

Construction of the BEPCⅡ RF System

The RF system for the Beijing Electron Positron Collider Upgrade(BEPCⅡ)Project had been working since Nov,2006.It consists of 3 subsystems including the superconducting cavity,the klystron and the low level RF system.Compared with the former RF system,the operating frequency has been changed from 200MHz to 499.8MHz, and the superconducting cavity has been used to replace the normal cavity.Up to now,the RF system performance is good and achieves the designed target.