2023 Fiscal Year Final Research Report

New phase of the study for the next-generation SRF cavity by introducing the artifical thin-film structure

Research Project

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Project/Area Number	19H04395
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 80040:Quantum beam science-related
Research Institution	High Energy Accelerator Research Organization
Principal Investigator	Ryo Katayama 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 助教 (60806959)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	岩下芳久京都大学, 複合原子力科学研究所, 特任准教授 (00144387) 不破康裕国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J－PARCセンター, 研究職 (00817356) 佐伯学行大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 准教授 (70282506) 久保毅幸大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 助教 (30712666)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2024-03-31
Keywords	積層薄膜 / 超伝導加速空洞
Outline of Final Research Achievements	We compared the vortex penetration field (the effective Hc1) into the surface of NbN/SiO2/Nb structure predicted by theory with that evaluated by the experiment using the third harmonic voltage method. Experiment results showed that the optimum film thickness existed as predicted by theory, and its thickness dependence was in good agreement with the theoretical curve. We also developed an electropolishing technique for niobium disks, fabricated a 3 GHz cavity and its coupon cavity for use in cavity deposition studies, developed a device for measuring the London penetration depth, and developed a device for measuring the vortex penetration field using four coils. In addition, the dedicated vertical test facility was constructed in the KEK-COI building to evaluate the performance of the 3 GHz cavity, and the measurement of the surface resistance of the 3 GHz cavity was performed.
Free Research Field	超伝導加速空洞
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	理論値と実験値の良い一致が得られたことは、積層薄膜構造の導入による性能向上を技術的に制御できる可能性を示す初の例であり、学術的意義は高い。3 GHz 空洞の表面抵抗の測定は、1.3 GHz と異なる周波数の楕円空洞の性能評価が行われた日本初の例である。クーポン空洞の製作と四つのコイルによる磁束侵入開始磁場の測定装置の開発は 3 GHz 空洞の内面状態を評価する上で有用であり、ロンドン長の測定装置は今後の理論検証をより精密に行う上で有用であり、円盤ニオブ電解研磨処理技術は平板の積層薄膜試料の性能評価に必須である。いずれも今後の研究を遂行する上で意義がある。