Alternativt materiale til superledende radiofrekvenshulrum

I moderne synkrotronkilder og frielektronlasere, superledende radiofrekvente hulrumsresonatorer er i stand til at forsyne elektronbundter med ekstrem høj energi. Disse resonatorer er i øjeblikket konstrueret af rent niobium. Nu har et internationalt samarbejde undersøgt de potentielle fordele, en niobium-tin-belægning kan tilbyde i forhold til ren niobium.

På nuværende tidspunkt, niobium er det foretrukne materiale til at konstruere superledende radiofrekvente hulrumsresonatorer. Disse vil blive brugt i projekter på HZB såsom bERLinPro og BESSY-VSR, men også til frielektronlasere som XFEL og LCLS-II. Imidlertid, en belægning af niobium-tin (Nb ₃ Sn) kan føre til væsentlige forbedringer.

Superledende radiofrekvente hulrumsresonatorer lavet af niob skal drives ved 2 Kelvin (-271 grader Celsius), hvilket kræver dyrt og kompliceret kryogenteknik. I modsætning, en belægning af Nb ₃ Sn gør det muligvis muligt at betjene resonatorer ved 4 Kelvin i stedet for 2 Kelvin og muligvis modstå højere elektromagnetiske felter uden at superledningen kollapser. I fremtiden, dette kan spare millioner af euro i bygge- og elomkostninger til store acceleratorer, da omkostningerne ved køling ville være væsentligt lavere.

Et team ledet af prof. Jens Knobloch, der er leder af SRF Institut på HZB, har nu udført test af superledende prøver overtrukket med Nb ₃ Sn af Cornell University, USA, i samarbejde med kolleger fra USA, Canada, og Schweiz. Forsøgene fandt sted på Paul Scherrer Institut, Schweiz, på TRIUMF, Canada, og HZB.

"Vi målte de kritiske magnetfeltstyrker af superledende Nb ₃ Sn-prøver i både statiske og radiofrekvente felter, siger Sebastian Keckert, første forfatter til undersøgelsen, der laver sin doktorgrad som en del af Knobloch-teamet. Ved at kombinere forskellige målemetoder, de var i stand til at bekræfte den teoretiske forudsigelse, at det kritiske magnetfelt af Nb ₃ Sn i radiofrekvente felter er højere end for statiske magnetfelter. Imidlertid, det belagte materiale bør vise et meget højere kritisk magnetfeltniveau i et radiofrekvent felt. Dermed, testene har også vist, at den belægningsproces, der i øjeblikket anvendes til fremstilling af Nb ₃ Sn kunne forbedres for at nærme sig de teoretiske værdier nærmere.