Investigation on superconducting property and development for materials for high-Q and high gradient superconducting accelerating cavity

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H04402
• 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: Umemori Kensei 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, 教授 (60353364)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 有沢 俊一 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 上席研究員 (00354340) ; 許斐 太郎 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 (20634158) ; 井藤 隼人 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, 特任助教 (30881552) ; 阪井 寛志 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 (50345229)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 超伝導加速空洞 / 加速器 / 磁束 / 超伝導

Outline of Final Research Achievements

We have conducted research in order to realize high-performance (higher accelerating gradient and higher Q value) of niobium superconducting cavities. Realtime measurement of flux trapping during cooldown process has been performed using magneto-optical film. Trapping of magnetic flux to the niobium samples were observed in detail, such as showing the existence of an intermediate mixed state, and its mechanism was more deeply understood. On the other hand, new surface treatment procedure, so called "furnace baking", has been developed. It was showen that the higher gradient and higher Q-value of cavities could be realized by applying an appropriate temperature heat treatment in the furnace.

Free Research Field

超伝導加速空洞

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

電子や陽子、重イオンといった荷電粒子を加速するための超伝導加速空洞の高性能化に向けた研究である。捕捉磁束の低減・制御は、表面抵抗の低減に繋がり、ヘリウム冷凍機の負荷の削減を実現する。冷却時の磁束捕捉の様子をリアルタイムで示すことで、補足メカニズムについての理解を格段に進めた。また、真空炉ベーキングという簡易な手法での空洞性能の高勾配化・高Q値化を実現させた。世界的にも注目されており、今後、ビーム加速を行う超伝導加速器として実際に使われる技術になると考えられる。