美国能源部黛博拉·多德 铜/铌/铌在连接到低温冷却器的空腔中
信用:美国能源部 超导加速器的组成部分是主要由铌制成的超导射频腔，这些腔在容器中混合，浸泡在液氦中，以达到超导温度
虽然大型液氦低温工厂对于大型研究设施来说可能是实用的，但它可能会成为这种加速器技术新应用的障碍
现在，腔技术、材料和低温冷却器发展的进步可能会降低固体火箭发动机技术在工业和医疗应用中的这一障碍
在垂直试验区(VTA)用液氦完成了5000多项腔室试验后，今年，来自杰弗逊实验室的科学研究基金会R& D分部的一个小组在VTA的一个没有液氦的垂直低温恒温器中首次冷却并成功试验了一个科学研究基金会腔室
这是怎么做到的？许多正在进行的倡议汇集在一起，使这成为可能
第一个关键部分是使用低温冷却器来冷却固体火箭发动机腔
低温冷却器是一种封闭循环的冰箱，只需要少量的氦气，并且具有许多优点——易于操作、紧凑、可靠，并且是一种商业现货
随着低温冷却器已经被用于冷却医院磁共振成像(MRI)机器中的超导磁体，并且随着当前工业对加速器技术的兴趣不断增长，杰斐逊实验室被激励进一步开发SRF技术来满足这一需求
新涂料，新能力 下一个因素是铌锡化合物Nb3Sn的使用进展，它具有更高的超导转变温度，用于固体火箭发动机空腔
杰斐逊实验室自2013年以来一直在开发高性能的Nb3Sn腔，其基础是获得2016年能源部早期职业奖的格里高利·艾雷梅夫的工作
这些铌锡腔的一个主要优点是，它们在比纯铌加速腔所需温度高一倍的温度下仍保持超导状态，并且在比铌腔更高的温度下也能更有效地工作
使用这项技术可以为未来的加速器节省大量运营成本
杰弗逊实验室的研究已经在几种不同的固体火箭发动机腔体类型上产生了高质量的Nb3Sn薄膜涂层
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选择在其上生长Nb3Sn膜的5 GHz块状Nb单细胞腔与低温冷却器集成
通过使用低温冷却器，腔体表面不会被液氦直接冷却，使得腔体更容易热击穿，特别是如果存在缺陷的话
因此，空腔的外表面涂有几毫米厚的高纯度铜层
铜(铜)的热导率比铌高，它能增强向低温冷却器的热传递
这是通过在商业供应商处使用标准方法在空腔上沉积铜层来实现的
杰佛逊实验室团队随后设计并建造了一个测试台，用来容纳腔室和低温冷却器，使其适合一个现有的VTA低温恒温器，作为进行测试的真空容器
射频测试结果与在液氦中测得的结果接近
“我们能够达到29 mT的峰值表面磁场，相当于6的加速梯度
进行这项研究的加速器科学家吉吉·乔瓦蒂说:“我们可以在5瓦的耗散功率下运行谐振腔，而没有任何热不稳定性。”
这些结果类似于最近在费米实验室使用不同的传导冷却装置所获得的结果
战略成果框架技术产业化 这项工作的意义是什么？虽然维护和操作液氦低温装置来操作固体火箭发动机腔是杰弗逊实验室等国家实验室的标准，但对于追求高效固体火箭发动机技术的工业或医疗应用的公司来说，这是一个重大障碍
一个这样的应用是用于废水或废气处理的低能量、高功率电子加速器
杰斐逊实验室已经设计了一个这样的加速器，它基于传导冷却的固体火箭发动机腔
Ciovati等人
，物理
每分钟转速
加速的
梁21，091601 (2018)]，以及在杰弗逊实验室和费米实验室取得的实验结果使设计有了更坚实的基础
“下一步，在接下来的两年半时间里，我们将证明我们可以在一个水平低温舱内部的传导冷却的固体火箭发动机空腔中，实现一个相当于1兆电子伏能量增益的峰值表面场，这是我们设计的环境修复加速器所需的束流能量，”乔瓦蒂说，他接受了美国能源部加速器管理计划的资助来开展这项工作
工业界将大量参与该项目，最终的射频测试将在杰弗逊实验室的工业伙伴通用原子公司进行
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