国际直线对撞机(ILC)高梯度射频超导加速腔研制.PDF

中国科学: 物理学 力学 天文学 2013 年 第43 卷 第10 期: 1321– 1326 SCIENTIA SINICA Physica, Mechanica Astronomica SCIENCE CHINA PRESS 北京大学物理百年华诞纪念专刊·论文 国际直线对撞机(ILC)高梯度射频超导加速腔研制 * 郝建奎, 全胜文 , 林林, 朱凤, 谢华木, 王芳, 鲁向阳, 张保澄, 赵夔, 陈佳洱, 刘克新* 北京大学物理学院重离子物理研究所, 核物理与核技术国家重点实验室, 北京 100871 *联系人: 全胜文, E-mail: qsw@; 刘克新, E-mail: kxliu@ 收稿日期: 2013-07-12; 接受日期: 2013-08-14 国家重点基础研究计划资助项目(编号: 2011CB808303, 2011CB808304) 摘要 射频超导(SRF)加速技术已广泛应用于基于加速器的大科学装置. 在国际直线对撞机和其他相 关项目的推动下, 近年来国际上多个射频超导实验室开展了高梯度射频超导加速腔的研制. 在不断改进 精密加工、电磁场调平、表面处理和电子束焊接等工艺流程的基础上, 北京大学近期研制成功一只高质 量9-cell 超导加速腔, 其加速梯度为32.6 MV/m, 品质因数大于1.0× 1010, 性能指标全面达到国际直线对 撞机(ILC)的要求. 这表明我国已经掌握了高水平超导加速腔的研制技术, 为未来参加ILC 国际合作以及 建设其他采用射频超导加速技术的大科学装置打下了良好基础. 关键词 超导腔, 加速梯度, 国际直线对撞机 PACS: 29.20.Ej, 81.65.Ps doi: 10.1360/132013-341 [3] 1 引言 导为国际直线对撞机(ILC)粒子加速技术 . ILC 将正 负电子加速到 500 GeV 的质心能量, 用于开展未来 由于工作在低温超导态下的纯铌射频超导腔具 粒子物理研究. 为减少造价, ILC 需要采用高梯度射 有比常温铜腔低得多的表面电阻, 从而射频超导加 频超导加速腔. ILC 全球设计组(Global Design Effort, 速器具有射频功耗低、可在连续波(CW)或长脉冲模 GDE)给出的对超导腔的要求为: 平均加速梯度应达 式下运行和束流品质好的优点. 射频超导加速技术 到 31.5 MV/m, 对具体的每只腔的加速梯度允许有 已被广泛应用于各种基于加速器的大科学装置, 如 20% 的偏差, 即28 MV/m 为最低要求, 同时要求在达 美国杰斐逊实验室的连续电子束加速器装置 到最高加速梯度时品质因数(Q )大于 11010. 为实现 0 (CEBAF)[1]和欧洲自由电子激光(European XFEL)[2]. 这一目标, 国际上广泛开展了高梯度超导加速腔的 2004 年8 月, 国际加速器技术推荐委员(International [4]