Fotomontage visar ett prov av fast, rent niob före beläggning (vänster), och belagd med ett tunt lager av Nb3Sn (höger). Kredit:HZB
I moderna synkrotronkällor och frielektronlasrar, supraledande radiofrekvenshålrumsresonatorer kan förse elektronbuntar med extremt hög energi. Dessa resonatorer är för närvarande konstruerade av rent niob. Nu har ett internationellt samarbete undersökt de potentiella fördelarna som en niob-tennbeläggning kan erbjuda jämfört med rent niob.
För närvarande, niob är det material som valts för att konstruera supraledande radiofrekventa kavitetsresonatorer. Dessa kommer att användas i projekt på HZB som bERLinPro och BESSY-VSR, men också för frielektronlasrar som XFEL och LCLS-II. Dock, en beläggning av niob-tenn (Nb 3 Sn) kan leda till betydande förbättringar.
Superledande radiofrekvenshålrumsresonatorer av niob måste drivas vid 2 Kelvin (-271 grader Celsius), vilket kräver dyr och komplicerad kryogen teknik. I kontrast, en beläggning av Nb 3 Sn kan göra det möjligt att använda resonatorer vid 4 Kelvin istället för 2 Kelvin och eventuellt motstå högre elektromagnetiska fält utan att superledningen kollapsar. I framtiden, detta kan spara miljoner euro i bygg- och elkostnader för stora acceleratorer, eftersom kostnaden för kylning skulle vara väsentligt lägre.
Ett team under ledning av professor Jens Knobloch, som leder SRF Institute vid HZB, har nu utfört tester av supraledande prover belagda med Nb 3 Sn av Cornell University, USA, i samarbete med kollegor från USA, Kanada, och Schweiz. Experimenten ägde rum vid Paul Scherrer Institute, Schweiz, på TRIUMF, Kanada, och HZB.
"Vi mätte de kritiska magnetfältstyrkorna hos supraledande Nb 3 Sn-prover i både statiska och radiofrekventa fält, säger Sebastian Keckert, första författaren till studien, som doktorerar som en del av Knobloch -teamet. Genom att kombinera olika mätmetoder, de kunde bekräfta den teoretiska förutsägelsen att det kritiska magnetfältet för Nb 3 Sn i radiofrekvensfält är högre än för statiska magnetfält. Dock, det belagda materialet bör visa en mycket högre kritisk magnetfältnivå i ett radiofrekvensfält. Således, testerna har också visat att den beläggningsprocess som för närvarande används för tillverkning av Nb 3 Sn kan förbättras för att närmare närma sig de teoretiska värdena.
