| 研究課題/領域番号 |
26610076
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| 研究機関 | 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構 |
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研究代表者 |
吉田 光宏 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 (60391710)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 超伝導 / 加速器 / 極低温冷凍機 |
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| 研究実績の概要 |
超伝導加速空洞の適用範囲は、近年急速に広がっており、国外では大型の放射光等が既に運用されている状況である。しかし高電界の Nb超伝導加速器では 1.5K冷却という大きな問題がある。
本研究では、従来1.5Kでしか運用できなかったNb超伝導加速空洞を 4Kで運用、つまり液体Heまたは4K機械式冷凍機で直接運用可能にするための研究開発を行う。これによりNb超伝導加速空洞の最大の問題であった液体Heの蒸発冷却という冷凍機の負荷を大幅に緩和する事ができる。
しかし今までNbより転移温度の高い物質を高電界の超伝導加速空洞に使用する試みは失敗している。そこで実績のあるNb表面は保持しつつ、超伝導の物性を良く理解し、近接効果、NIS冷却、異常表皮効果の抑制などの最先端技術を導入し、全く新しいNb超伝導加速空洞を創生する。
平成２７年度は、転移温度の向上に成功しているNbNを用いて、近接効果により表面のTcやQ値を向上させるための評価を行った。TcやQ値の測定にはTE01の空洞の端板のみを交換し、これから換算して評価を行った。また評価系の冷凍機真空チェンバーが小型で操作性が悪かったため、新たに真空チェンバーを組み立て、冷凍機を移設して評価系を再構築した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
新たに成膜装置の改造と、冷凍機真空チェンバーの改良を行い、Tcの高い超伝導材料の品質改良と、転移温度、Q値等の測定系の精度が上がった。
これらを利用した、近接効果や、絶縁体レイヤーの評価などがおおむね順調に進展している。
またCPWを用いたMKIDsタイプのウェハー上の評価についても、共同利用の新たなプロセス装置を利用する事で、より品質の高い成膜が可能となった。
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| 今後の研究の推進方策 |
薄膜超伝導における最先端の超伝導技術を融合する事で、超伝導加速器の運転温度の向上を目指す。そのために、既に転移温度の向上した超伝導薄膜を使用して、近接効果によりNb表面にTcの高いクーパー対を供給する方法、絶縁体との多層にする事で電子散乱を抑制する方法等の評価を行っている。
これらをウェハーレベルでの評価が進展してきているため、今後は新たに改良した超伝導薄膜の成膜装置を用いて、加速空洞の高電界試験を行う。
またNIS冷却についても、NIS冷却は常伝導と超伝導を薄い絶縁層で挟んだ構造であり、超伝導側ではクーパー対のエネルギーバンド２Δ内に状態が存在するのに対して、常伝導側はフェルミ分布しているため、高エネルギーの電子が存在し、これをバイアスをかける事で超伝導側にトンネル効果で抜き取る事で常伝導側を冷却する事ができる方法である。これを様々な物質で計算を行い、さらなる最適化を行った。これを現在新たなプロセス装置を用いて試作を行っている所である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
超伝導薄膜の薄膜の品質を向上させる事が本研究にとって最短の方法であるため、超伝導薄膜の成膜装置の改良及び、評価系である冷凍機真空チェンバーの改良を優先して行った。
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| 次年度使用額の使用計画 |
上記の改良した超伝導成膜装置と、冷凍機真空チェンバーを用いて、超伝導薄膜の成膜作業、及び評価作業に使用する。
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