同步加速器和自由电子激光器中，超导射频腔的新替代材料！

在现代同步加速器和自由电子激光器中，超导射频谐振腔能够提供能量极高的电子束。这些谐振器目前由纯铌构成。现在，一项国际合作研究了铌锡涂层与纯铌相比的潜在优势。目前，铌是构建超导射频谐振腔的首选材料。

这些将用于HZB项目，如bERLinPro和BESSY-VSR，但也用于自由电子激光器，如XFEL和lcl - ii。然而，涂上一层铌锡(Nb3Sn)可以带来相当大的改善。由铌制成的超导射频谐振腔必须在2开尔文(-271摄氏度)下工作。

这需要昂贵而复杂的低温工程。相比之下，Nb3Sn涂层可能使谐振器在4开尔文而不是2开尔文下工作，并可能在不发生超导坍塌的情况下承受更高电磁场。在未来，这将为大型加速器节省数百万欧元的建设和电力成本，因为冷却的成本将大大降低。HZB SRF研究所所长延斯•诺布洛赫(Jens Knobloch)教授领导的一个团队，与来自美国、加拿大和瑞士的同事合作。对美国康奈尔大学(Cornell University)涂有Nb3Sn的超导样品进行了测试。实验在瑞士的保罗·舍勒研究所、加拿大的凯瑞夫和HZB进行。

该研究的第一作者塞巴斯蒂安·克克特(Sebastian Keckert)说：测量了超导Nb3Sn样品在静电场和射频场中的临界磁场强度，通过结合不同测量方法，能够证实Nb3Sn在射频场中临界磁场高于静磁场的理论预测。然而，涂层材料应该在射频场中显示出更高的临界磁场水平。因此，试验还表明，目前生产Nb3Sn所用的涂覆工艺可能需要改进，以便更接近理论值。Nb3Sn是目前除铌外最有希望用于未来超导射频腔的材料。

在腔体实验中，脉冲工作时的临界场达到120 mT以上，连续波工作时的临界场达到80 mT左右。这与从低场表面阻抗测量中提取穿透深度导出的低临界场相比要大得多。研究给出了穿透深度的直接测量方法，并由此导出了下临界场和过热场。在直流场和射频场作用下，测量了穿透场。综合结果证实，Nb3Sn空腔确实处于下临界场以上的亚稳态运行，但目前仅限于远低于过热场的临界场。

博科园｜研究/来自：希姆霍兹物质能源中心

参考期刊《超导科学与技术》

DOI: 10.1088/1361-6668/ab119e

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