射频超导（SRF）空腔为加速亚原子粒子的电磁场提供动力，在粒子加速器中发挥着至关重要的作用。 一种新的工具包可以帮助科学家控制和监测SRF空腔的表面特征，通过关注表面光滑度来提高其性能。
利用新工具包提高 SRF 内腔的效率
研究人员开发了一种新的工具包，使加速器建造者能够更好地监测和控制内腔表面的特性。 测试表明，更加光滑的 SRF 内腔运行效率更高，这表明表面光滑度与性能直接相关。 该工具包还可以通过量化空腔的表面光滑度来预测空腔的性能。
长期以来，研究人员一直认为纯铌射频超导空腔是粒子加速器的最佳选择。 现在，研究人员正利用一个工具包来学习如何在空腔中添加杂质，使其更光滑、更高效。 资料来源：托马斯-杰斐逊国家加速器设施
铌在粒子加速中的作用
由铌制成的 SRF 腔体是高效、高功率粒子束加速的标准。 在铌空腔中添加污染物可以进一步提高其效率。 但这些增强型空腔无法像纯铌空腔那样承受高功率运行。 这项研究对添加了氮或氧的空穴的表面粗糙度进行了研究。
这一结果凸显了表面形貌对性能的关键作用。 它还暗示，氧气将提供最廉价的效率收益。 这项研究开发的工具包旨在帮助加速器科学家通过控制表面光滑度和杂质，为未来的加速器制造出更好的 SRF 型腔。
研究空腔形貌和性能
粒子加速器科学家开发了一种新型工具包，用于研究 SRF 空腔形貌及其对性能的影响。 该工具包建立在几十年来对铌SRF空腔表面处理的经验研究基础之上。 在这项工作中，研究小组使用该工具包对样品进行了研究，所用配方与能源部（DOE）用户设施利纳克相干光源升级项目所采用的腔体配方相同。 这些升级项目是美国能源部对其 SRF 加速器队伍的最新补充。
晶界对 SRF 性能的影响
研究表明，铌金属在制造过程中形成的晶界对性能有影响。 在对掺氮铌进行化学处理后，沿着晶界形成了沟槽。 原子力显微镜测量结果结合基于差分表面几何的算法，预测了这些沟槽对过热场的抑制因子。 由于掺杂表面的早期破坏会降低 SRF 腔的性能，因此，更光滑的表面能在更高的场强下提供更好的性能。
研究人员还对采用简化掺氧工艺制备的铌样品进行了新的测量。 这些空腔样品显示出更好的形貌。 这表明，控制表面光滑度和杂质轮廓可能有助于提高高效率和高场强的性能，从而为能源部未来的 SRF 加速器（如电子-离子对撞机 (EIC)）提供帮助。
编译自/SciTechDaily
