一種新的工具包透過確保更光滑的內表面和分析鈮空腔中的雜質，幫助監測和提高粒子加速器中超導射頻空腔的效率。 射頻超導 (SRF) 空腔對於先進的粒子加速器的功能至關重要。 它們是為加速亞原子粒子的電磁場提供能量的系統的關鍵部份。 這些空腔的效率受其內表面的清潔度、形狀和光滑度的影響。
射頻超導（SRF）空腔為加速亞原子粒子的電磁場提供動力，在粒子加速器中發揮著至關重要的作用。 一種新的工具包可以幫助科學家控制和監測SRF空腔的表面特征，透過關註表面光滑度來提高其效能。
利用新工具包提高 SRF 內腔的效率
研究人員開發了一種新的工具包，使加速器建造者能夠更好地監測和控制內腔表面的特性。 測試表明，更加光滑的 SRF 內腔執行效率更高，這表明表面光滑度與效能直接相關。 該工具包還可以透過量化空腔的表面光滑度來預測空腔的效能。
長期以來，研究人員一直認為純鈮射頻超導空腔是粒子加速器的最佳選擇。 現在，研究人員正利用一個工具包來學習如何在空腔中添加雜質，使其更光滑、更高效。 資料來源：湯瑪斯-傑佛遜國家加速器設施
鈮在粒子加速中的作用
由鈮制成的 SRF 腔體是高效、高功率粒子束加速的標準。 在鈮空腔中添加汙染物可以進一步提高其效率。 但這些增強型空腔無法像純鈮空腔那樣承受高功率執行。 這項研究對添加了氮或氧的電洞的表面粗糙度進行了研究。
這一結果凸顯了表面形貌對效能的關鍵作用。 它還暗示，氧氣將提供最廉價的效率收益。 這項研究開發的工具包旨在幫助加速器科學家透過控制表面光滑度和雜質，為未來的加速器制造出更好的 SRF 型腔。
研究空腔形貌和效能
粒子加速器科學家開發了一種新型工具包，用於研究 SRF 空腔形貌及其對效能的影響。 該工具包建立在幾十年來對鈮SRF空腔表面處理的經驗研究基礎之上。 在這項工作中，研究小組使用該工具包對樣品進行了研究，所用配方與能源部（DOE）使用者設施利納克相幹光源升級計畫所采用的腔體配方相同。 這些升級計畫是美國能源部對其 SRF 加速器隊伍的最新補充。
晶界對 SRF 效能的影響
研究表明，鈮金屬在制造過程中形成的晶界對效能有影響。 在對摻氮鈮進行化學處理後，沿著晶界形成了溝槽。 原子力顯微鏡測量結果結合基於差分表面幾何的演算法，預測了這些溝槽對過熱場的抑制因子。 由於摻雜表面的早期破壞會降低 SRF 腔的效能，因此，更光滑的表面能在更高的場強下提供更好的效能。
研究人員還對采用簡化摻氧工藝制備的鈮樣品進行了新的測量。 這些空腔樣品顯示出更好的形貌。 這表明，控制表面光滑度和雜質輪廓可能有助於提高高效率和高場強的效能，從而為能源部未來的 SRF 加速器（如電子-離子對撞機 (EIC)）提供幫助。
編譯自/SciTechDaily
