Første Nb3Sn superledende radiofrekvenselektronaccelerator opnår stabil acceleration

Verdens første Nb₃ Sn superledende radiofrekvens (SRF) elektronaccelerator opnåede for nylig stabil stråleacceleration og nåede en maksimal energi på 4,6 MeV med en gennemsnitlig makropulsstrålestrøm på over 100 mA.

Afkøles direkte af kryokølere i et nyt flydende-helium-frit (LHe-frit) design, Nb₃ Sn SRF elektronaccelerator blev udviklet af forskere fra Institute of Modern Physics (IMP) ved det kinesiske videnskabsakademi (CAS) og Advanced Energy Science and Technology Guangdong Laboratory.

SRF-acceleratorer er i øjeblikket afhængige af resonanshulrum lavet af niobium (Nb) og afkøles via LHe-nedsænkning (typisk til 2K for elektronmaskiner). En stor forfølgelse blandt SRF-forskere er fremstilling af hulrum ved hjælp af nye materialer med højere overgangstemperaturer end niobium.

Blandt potentielle nye materialer er det mest populære Nb₃ Sn, hvis superledende overgangstemperatur er det dobbelte af metallisk niob. Med stort potentiale til at øge ydeevnen af ​​næste generations hulrum, Nb₃ Sn SRF-teknologi er i front inden for SRF-forskning.

Siden det startede forskningen på Nb₃ Sn SRF-teknologi i 2018 har IMP udviklet en omfattende produktionsproces, der overvinder udfordringer fra områder, herunder aflejringssystem, vækstmekanismer og belægningsprocesser for Nb₃ Sn tynde film. Instituttet afsluttede konstruktionen af ​​den ledningskølede LHe-fri Nb₃ Sn SRF elektronaccelerator i begyndelsen af ​​2024.

Stabil elektronstråleacceleration i denne accelerator er en præstation, der for første gang demonstrerer muligheden for at bruge Nb₃ Sn tyndfilm SRF-hulrum i både store videnskabelige faciliteter og kompakte industrielle acceleratorer. Denne teknologi kan reducere termiske belastninger betydeligt og hæve driftstemperaturen for SRF-acceleratorer, således at enklere LHe-fri kølesystemer bliver levedygtige.

Ud over at reducere efterspørgslen efter storskala kryogene systemer og sænke driftsomkostningerne for SRF-acceleratorer, vil denne teknologi muliggøre miniaturisering for at fremme industrielle anvendelser inden for områder som spildevandsbehandling, konservering og sterilisering og medicinsk isotopproduktion.

Leveret af Chinese Academy of Sciences