's Werelds eerste Nb₃ Sn supergeleidende radiofrequentie (SRF) elektronenversneller heeft onlangs een stabiele bundelversnelling bereikt en een maximale energie van 4,6 MeV bereikt met een gemiddelde macropulsbundelstroom van meer dan 100 mA.

De Nb₃ wordt rechtstreeks gekoeld door cryokoelers in een nieuw vloeistof-heliumvrij (LHe-vrij) ontwerp. De Sn SRF-elektronenversneller is ontwikkeld door onderzoekers van het Institute of Modern Physics (IMP) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) en het Advanced Energy Science and Technology Guangdong Laboratory.

SRF-versnellers vertrouwen momenteel op resonantieholtes gemaakt van niobium (Nb) en worden gekoeld via LHe-immersie (meestal tot 2K voor elektronenmachines). Een belangrijk streven van SRF-wetenschappers is de vervaardiging van holtes met behulp van nieuwe materialen met hogere overgangstemperaturen dan niobium.

Van de potentiële nieuwe materialen is Nb₃ het meest populair Sn, waarvan de supergeleidende overgangstemperatuur tweemaal zo hoog is als die van metallisch niobium. Met een groot potentieel om de prestaties van caviteiten van de volgende generatie te verbeteren, Nb₃ Sn SRF-technologie loopt voorop in het SRF-onderzoek.

Sinds het begin van het onderzoek naar Nb₃ Sn SRF-technologie in 2018 heeft IMP een uitgebreid productieproces ontwikkeld dat uitdagingen op het gebied van onder meer het afzettingssysteem, groeimechanismen en coatingprocessen van Nb₃ overwint Sn dunne films. Het instituut voltooide de bouw van de geleidingsgekoelde LHe-vrije Nb₃ Sn SRF-elektronenversneller begin 2024.

Stabiele versnelling van de elektronenbundel in deze versneller is een prestatie die voor het eerst de haalbaarheid aantoont van het gebruik van Nb₃ Sn dunne film SRF-holtes in zowel grootschalige wetenschappelijke faciliteiten als compacte industriële versnellers. Deze technologie kan de thermische belasting aanzienlijk verminderen en de bedrijfstemperatuur van SRF-versnellers verhogen, zodat eenvoudiger LHe-vrije koelschema's haalbaar worden.

Naast het verminderen van de vraag naar grootschalige cryogene systemen en het verlagen van de exploitatiekosten van SRF-versnellers, zal deze technologie miniaturisatie mogelijk maken om industriële toepassingen te bevorderen op gebieden als afvalwaterzuivering, conservering en sterilisatie, en de productie van medische isotopen.

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen