ニオブ・銅クラッド材を用いたシームレス超伝導高周波空洞の開発

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11694182
• 研究機関: 高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 山崎 良成 高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 教授 (90011759)
• 研究分担者: 野口 修一 高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 助教授 (80156182) ; 斉藤 健治 高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 助教授 (10178478) ; 藤野 武夫 高エネルギー加速器研究機構, 工作センター, 助教授 (00013392) ; 加古 永治 高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 助手 (60204351) ; 人見 宣輝 高エネルギー加速器研究機構, 工作センター, 教授 (30300669)
• キーワード: 高周波空洞 / 超伝導空洞 / 複合材料 / HIP処理 / 液圧バルジ成形 / ニオブ / シームレス空洞 / スピニング成形

研究概要

1)ニオブ・銅HIPクラッド管の素管の伸管加工の成功:本研究課題にとってニオブ・銅クラッドシームレス管の製作技術の確立が一つの大きな研究課題である。我々は、厚肉銅パイプ(外側)と薄肉銅パイプ(内側)の間にニオブ溶接パイプを電子ビーム溶接で封じ込み、それをHIP(hot isostatic pressuring)技術を使い接合し、さらに、その素管を銅パイプ引抜き技術を使い、600mmの素管を3000mmまで伸管することに成功した。長尺ニオブ・銅クラッドパイプの製作技術に目処を得た。この製作法でニオブの純度の低下が懸念されたが、溶融ガス分析で調査する限り、酸素、窒素、カーボン等の格子間不純物の汚染が見られなかった。また、銅のニオブ中への拡散も観察されない。
2)ニオブ・銅HIPクラッド伸管からの液圧バルジ成形によるシームレス空洞の製作の成功:伸管に成功したクッラド管を裁断して、液圧バルジ成形技術を適用して、1.3GHzのニオブ・銅シームレス単セル空洞の成形に成功した。空洞成形後、内面の銅を硝酸を使って溶解除去しが、この工程でニオブが多量に水素を吸蔵することが分かった。性能を確保するためには、電解研磨による表面処理の前にその水素脱ガスが必要であることが分かった。
3)ニオブ・銅HIPクラッド管からのシームレス超伝導高周波空洞の性能評価:液圧バルジ成形に成功したニオブ・銅HIPシームレス空洞を真空熱処理後、電解研磨(100μm)を施し、極低温に冷やしてその高周波特性を評価した。
4)ニオブ・銅煽着クッラド材によるシームレス超伝導空洞の性能評価:爆着技術によりニオブと銅を張り付けたニオブ・銅クッラド板材を使い、スピニング技術で製作(イタリアINFN-LNL研究所)したシームレス空洞の性能評価を行った。最大加速電界Eacc=29.5MV/mを達成することが出来た、この値は、昨年度の研究で得られたEacc=25MV/mを大きく上回り、ニオブ・銅クッラド空洞による高電界加速空洞の開発の有望性をさらに高めた。
5)ニオブ・バルクシームレス空洞の性能評価:シームレス空洞を製作する方法として、現在、スピニング法と液圧バルジ法の二つの技術がある。これらの技術の優位性を調べた。INFN-LNLではスピニング技術でニオブバルク空洞をJlabからはドイツDESY研究所で液圧バルジ成形したニオブバルク空洞を送ってもらい、KEKで電解研磨を施し、空洞性能を評価した。どちらの技術でもEacc=40MV/m近い最大加速電界が得られた。しかし、液圧成形で製作した方がその再現性に優れ、より信頼度が高いことが分かった。

研究成果

• [文献書誌] Kenji Saito: "R&D Outcomes of Superconducting RF Cavity in '99 Fiscal Year"Proceedings of the 3^<rd> Superconducting Linear Accelerator Meeting in Japan. 4-10 (2001)
• [文献書誌] H.Inoue,K.Saito,K.Abe,T.Fujino,N.Hitomi,Y.Kobayashi: "Heat Cycle Test on the Nb/SUS-316L HIP Bonding"Proceedings of the 3^<rd> Superconducting Linear Accelerator Meeting in Japan. 57-59 (2001)
• [文献書誌] T.Fujino,K.Ohara,K.Saito,H.Inoue,N.Hitomi,T.Shishido,E.Kako,M.Ono,K.Abe,T.Highchi,Y.Yamazaki,K.Takaishi,J.Shibuya,T.Ota,and V.Palmieri: "Development of the Nb/Cu Clad Cavities"Proceedings of the 3^<rd> Superconducting Linear Accelerator Meeting in Japan. 152-161 (2001)
• [文献書誌] S.Tsukada,T.Fujino,K.Saito,H.Inoue,N.Hitomi,Y.Yamazaki,M.Ohnuki and K.Watanabe: "Tube Drawing Technology for Seamless Pipes-Application to the Cu/Nb/Cu sandwiched pipes-"Proceedings of the 3^<rd> Superconducting Linear Accelerator Meeting in Japan. 162-180 (2001)
• [文献書誌] T.Fujino,K.Ohara,K.Saito,H.Inoue,N.Hitomi,T.Shishido,E.Kako,M.Ono,K.Abe,T.Highchi,Y.Yamazaki,K.Takaishi,J.Shibuya,T.Ota,and V.Palmieri: "Development of the Nb/Cu Clad Cavities"Proceedings of the 25^<th> Linear Accelerator Meeting in Japan. 331-333 (2000)
• [文献書誌] T.Fujino,K.Saito,H.Inoue,S.Tsukada,N.Hitomi,T.Shishido,E.Kako,M.Ono,K.Abe,T.Highchi,S.Noguchi and Y.Yamazaki: "Trial Fabrication of the Cu/Nb/Cu Sandwich Tube for Superconducting Cavities"Proceedings of the 25^<th> Linear Accelerator Meeting in Japan. 334-337 (2000)