我國首套銅鈮復合腔高穩定超導加速單元研制成功

近日，由中國科學院近代物理研究所自主研制的我國首套銅鈮復合腔高穩定超導加速單元成功通過各項測試，標志著我國面向高可靠應用的銅鈮復合超導腔技術研究取得了突破性進展。這一成果的取得將有力提升我國在超導加速器領域的技術水平，為基于射頻超導加速器的大科學裝置建設提供了高性價比、高可靠性的技術方案。

該超導加速單元由9支半波長型銅鈮復合超導腔組成。在4.2 K的低溫測試環境中，銅鈮復合超導腔的平均表面峰值電場達到35 MV/m，平均腔體頻率洛倫茲失諧系數和平均腔體頻率氦壓敏感系數分別降至約-4.9 Hz/（MV/m）2和-2.9 Hz/mbar，是原純鈮超導腔單元對應值的50%和15%，各項性能顯著優于原純鈮超導腔加速單元。

一直以來，超導直線加速器在高通量中子源、高通量中微子源、高通量繆子源等兆瓦級高功率離子束應用中具有顯著優勢。然而，傳統純鈮超導腔的長期運行穩定性和可靠性不足，一直是制約其發展的關鍵因素。

針對這一問題，研發團隊提出了新的復合材料技術路線，歷經5年多的不懈努力，成功攻克了銅鈮界面材料難以互溶、復雜曲表面覆高品質厚銅層等多個技術難關，有力推動了射頻超導技術與增材制造技術的深度融合。一方面充分驗證了其在提高超導加速器運行穩定性方面的顯著優勢，另一方面，與依賴昂貴2K液氦系統進行制冷的傳統純鈮超導腔相比，銅鈮復合腔超導加速單元也展現出在運行環境適應性和成本控制方面的優勢。它能夠在4.2K液氦環境穩定運行，從而大幅降低了超導加速單元的制冷成本，為超導加速器的工業化應用提供了更為經濟且高效的技術方案。

銅鈮復合腔高穩定超導加速單元腔串集成。近代物理研究所供圖。