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ニオブ製の超伝導加速空洞の加速電場は限界に達しつつあり、次世代超伝導加速空洞開発が急務である。そこで、超伝導積層薄膜構造の導入による加速電場の大幅な向上を目指すことが本研究の目的である。申請者は世界で初めて各層の最適な厚みの評価方法を明らかにする等、積層薄膜構造の理論研究に優位性がある。これを利用して実験的研究を推進する。本研究では、限られた予算を最大限有効に使うため、安価な小型単セル空洞で試験を行い、膜厚に関する広大なパラメータ空間を探索し、理論との比較を行うとともに、最適膜厚を有する空洞の実験において磁束侵入磁場の大幅な向上を確認することを目標としている。
窒化ニオブ薄膜をニオブ平板に載せた積層薄膜構造およびニオブ３スズ薄膜をニオブ平板に載せた積層薄膜構造による実証実験が成功したので、その次の段階、平板ではなく空洞内面への成膜を進める段階へと進んだ。そのため、空洞内面に成膜するための練習として銅管の内面へのニオブ成膜実験を行った。また、空洞内面にニオブ３スズを成膜するためには、フランジ部までニオブで作られているタイプの空洞が追加で必要となるため、これらの3GHz小型空洞の製作も進めた。
理論研究については、超伝導積層薄膜構造の非線形表面抵抗の理論を超伝導のミクロな理論に基づき構築できたため、次の段階として、不純物が多いバルクの超伝導体の過熱磁場の計算、その上に薄膜が積層されている場合の過熱磁場の計算を行い、ミクロな理論に基づき積層薄膜構造の最適膜厚を決定した。
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