Scientific investigation of advanced surface treatment to increase the performance of superconducting cavities using innovative approaches - Neue Ansätze zur Messung und Modellierung der Oberflächeneigenschaften supraleitender Resonatoren

Abstract

Als Resultat einer intensiv betriebenen Forschungs- und Entwicklungsarbeit haben sich supraleitende Beschleunigungsresonatoren, oder einfach Kavitäten, mehr und mehr zu einer der Schüsselkomponenten aktueller und zukünftiger Beschleunigeranlagen entwickelt. Als Material der Wahl hat sich Niob seit längerer Zeit bewährt. Niob kommt daher in Kavitäten für Teilchenbeschleuniger bislang ausschließlich zum Einsatz. Durch die mittlerweile erreichte Performanz konnte die Leistungsfähigkeit moderner Beschleunigeranlagen signifikant gesteigert werden. Dennoch ist damit das Potenzial supraleitender Beschleunigungsresonatoren noch bei weitem nicht ausgeschöpft.

Der Ansatz des Forschungsvorhabens war, durch ein optimiertes Glühverfahren – und daraus resultierend ein optimiertes Konzentrationsprofil von Fremdatomen im Niob – die Hochfrequenzeigenschaften der Kavitäten nochmals deutlich zu verbessern. Hierdurch sollten vor allem die im Bereich von mittleren bis hohen Beschleunigungsfeldern entstehenden Hochfrequenzverluste minimiert werden. Weiterhin war eine weitere Erhöhung des maximal erreichbaren Beschleunigungsfelds abgestrebt.

Da zum Erreichen dieser Ziele auch ein tiefergehendes Verständnis der nahe der Oberfläche innerhalb der ersten 100 Nanometer ablaufenden Prozesse elementar ist, war eine parallellaufende Probenstudie angelegt.