我国首套铜铌复合腔高稳定超导加速单元研制成功

近日，由中国科学院近代物理研究所自主研制的我国首套铜铌复合腔高稳定超导加速单元成功通过各项测试，标志着我国面向高可靠应用的铜铌复合超导腔技术研究取得了突破性进展。这一成果的取得将有力提升我国在超导加速器领域的技术水平，为基于射频超导加速器的大科学装置建设提供了高性价比、高可靠性的技术方案。

该超导加速单元由9支半波长型铜铌复合超导腔组成。在4.2 K的低温测试环境中，铜铌复合超导腔的平均表面峰值电场达到35 MV/m，平均腔体频率洛伦兹失谐系数和平均腔体频率氦压敏感系数分别降至约-4.9 Hz/（MV/m）2和-2.9 Hz/mbar，是原纯铌超导腔单元对应值的50%和15%，各项性能显著优于原纯铌超导腔加速单元。

一直以来，超导直线加速器在高通量中子源、高通量中微子源、高通量缪子源等兆瓦级高功率离子束应用中具有显著优势。然而，传统纯铌超导腔的长期运行稳定性和可靠性不足，一直是制约其发展的关键因素。

针对这一问题，研发团队提出了新的复合材料技术路线，历经5年多的不懈努力，成功攻克了铜铌界面材料难以互溶、复杂曲表面覆高品质厚铜层等多个技术难关，有力推动了射频超导技术与增材制造技术的深度融合。一方面充分验证了其在提高超导加速器运行稳定性方面的显著优势，另一方面，与依赖昂贵2K液氦系统进行制冷的传统纯铌超导腔相比，铜铌复合腔超导加速单元也展现出在运行环境适应性和成本控制方面的优势。它能够在4.2K液氦环境稳定运行，从而大幅降低了超导加速单元的制冷成本，为超导加速器的工业化应用提供了更为经济且高效的技术方案。

铜铌复合腔高稳定超导加速单元腔串集成。近代物理研究所供图。