用于射频超导腔的Nb_(3)Sn镀膜技术进展

过去的五十多年,射频超导(SRF)技术取得了巨大的成功,以高纯度铌材(Nb)制作的射频超导腔已经大规模地应用到粒子加速器领域。然而进入21世纪以后,受材料本征性能的限制,Nb腔发展速度变缓慢,难以满足未来的大型超导加速器对其性能提出的更高要求。相比于Nb,铌三锡(Nb_(3)Sn)具有更高的超导转变温度、过热磁场和同温度下更低的表面电阻,因此,Nb_(3)Sn镀膜腔不仅拥有更高的性能,还可以把工作温度从2 K提升到4.2 K,降低系统的运行成本。在过去数十年中,发展出了多种制备Nb_(3)Sn薄膜的技术,如气相扩散、磁控溅射、青铜法和化学气相沉积。本文从制备过程、结果、影响性能的因素三方面对上述制备方法进行了总结并做了展望。目前,Nb_(3)Sn镀膜腔(1.3 GHz,椭球形单cell腔)的最高性能由Fermilab实验室用气相扩散法给出:4.4 K下,加速梯度达到~22.5 MV/m,品质因数达到~2×10^(10)@10 MV/m。其中,国内的Nb_(3)Sn镀膜腔最高性能为:4.2 K下,加速梯度达到~16.1 MV/m,品质因数达到~6×10^(9)@10 MV/m。理论上Nb_(3)Sn镀膜腔的加速梯度可达到~90 MV/m,因此Nb_(3)Sn镀膜腔的性能目前还存在很大的提升空间。