2023 Fiscal Year Research-status Report
Nb3Sn薄膜超伝導加速空洞のための革新的Nb3Sn成膜技術の確立
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22K18130
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
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, 助教 (30881552)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 超伝導加速空洞 / ニオブスズ / 成膜 / 核生成 / 結晶成長 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、Nb超伝導加速空洞に変わる次世代の空洞として注目を浴びているNb3Sn超伝導加速空洞は、一般にNb空洞内でSnとSnCl2を加熱・蒸発させて空洞内面にNb3Sn膜を形成することで製作される。本研究では、Nb表面に予めSn膜を形成することで、従来SnCl2蒸気で行われていたNb3Sn核生成よりも高密度な核生成を行い、その後に形成されるNb3Sn膜をより平滑度良く、かつ超伝導特性の良い膜とすることを目的とする。本年度は①従来の成膜手法によるNb3Sn膜形成試験をNbサンプルに対し実施することで、核生成過程が最終的なNb3Sn膜質にどのような影響を与えるのか調査した。また、②スパッタリングにより事前にSn膜およびNb/Sn膜を成膜したNbサンプルにおけるNb3Sn膜形成試験を実施した。
①昨年度立ち上げた小型成膜炉を用いて、Nbサンプル表面へのNb3Sn膜形成試験を実施した。SnCl2を用いない核生成過程や、そもそも核生成過程自体を施さないなど、核生成過程のパラメータを様々に変えた成膜試験を実施した。成膜したNb3Sn膜に対しては超伝導特性評価、Nb3Sn膜表面の組成分析、粒径分布測定、表面平滑度測定、またNb3Sn膜断面の組成分析、膜厚測定、平滑度測定を実施し、核生成過程の有無によるNb3Sn膜質の違いを調査した。
②DCマグネトロンスパッタリング装置を用いたNbサンプルへのSn膜成膜試験を実施した。また、KEK PFのNEGコーティング装置を用いたNbサンプルへのNb/Sn膜形成試験も並行して実施した。Sn膜およびNb/Sn膜を成膜したサンプルに対するNb3Sn成膜試験を実施し、EDX分析、XRD分析により、Nb3Snが表面に形成されていることを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は、①サンプルに対する事前のSn膜成膜試験、②小型成膜炉を用いたNb3Sn成膜試験及びその膜質評価を計画していた。これらに関しては上述のように順調に進展している。サンプルに対してSn膜成膜及びNb/Sn膜成膜を実施し、成膜したサンプルに対して小型成膜炉を用いたNb3Sn成膜試験、膜質評価を実施した。また、従来の手法における成膜試験も小型成膜炉を用いて実施した。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、①小型成膜炉を用いたサンプルに対する更なるNb3Sn成膜試験と膜質評価の実施、②単セル空洞に対するSn膜成膜及びNb3Sn膜成膜試験を実施する。
①従来の手法によるNb3Sn成膜と事前にSn成膜を実施するNb3Sn成膜を小型成膜炉を用いて引き続き行い、FIB-SEM, TEM, EDS等を用いてNb3Sn膜の粒径分布測定、表面平滑度測定、組成分析を行う。また、PPMSによる超伝導特性評価も実施し、それぞれの手法により成膜したNb3Snの膜質を評価比較する。
②まずは、本年度得られた従来の成膜手法に対する知見を空洞成膜試験へ展開する。KEKのNb3Sn用大型成膜炉を用いて空洞へのNb3Sn成膜を実施する。空洞性能評価を通して空洞に対する成膜評価を行い、サンプル成膜試験の結果と相互にフィードバックすることで空洞成膜条件を最適化する。さらに、事前のSn成膜試験も空洞に対して実施する。スパッタリングやメッキを駆使し、空洞内面にSn膜を成膜し、Nb3Sn用大型成膜炉を用いて空洞内面にNb3Sn膜を形成する。その後、空洞性能評価により、成膜したNb3Sn膜の膜質評価とサンプル成膜試験へのフィードバックを行う。
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| Causes of Carryover |
小型成膜炉の改造費として使用する予定の予算であったが、別予算により執行したため次年度使用額が生じた。翌年度にサンプル分析費用として予算を使用する予定である。
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