[发明专利]一种在超导腔内部对锡源进行局部加热的电磁感应结构

说明书

本发明公开一种在超导腔内部对锡源进行局部加热的电磁感应结构。包括：具有若干加速单元的超导腔，所述超导腔为Nb₃Sn薄膜生长的衬底结构；电磁感应加热线圈，所述电磁感应加热线圈一端接交变电源正极，另一端接交变电源负极，用于对放在线圈中间的锡源进行加热；锡源坩埚，所述超导腔的每一个加速单元内均放置有一个锡源坩埚，所述锡源坩埚为盛放锡金属颗粒的容器；支撑直杆用作所述锡源坩埚的支撑结构；温度热偶，用于测量所述超导腔内的温度。本发明能够对位于多加速单元超导腔内部的多个锡源进行局部加热，在每个加速单元内均实现超导腔与锡源的单独控温，使每一个加速单元均拥有相同的“超导腔‑锡源”温度组合。

技术领域

本发明涉及一种在超导腔内部对锡源进行局部加热的电磁感应结构，属于超导技术领域。

背景技术

Nb₃Sn薄膜超导腔是下一代射频超导关键技术，其工程化应用将引起射频超导领域的技术革命。锡蒸汽扩散法在930℃以上的高温下，Sn原子以蒸汽的方式到达超导腔内表面，和Nb原子原位反应生成纯净、高质量的Nb₃Sn薄膜。锡源的温度决定锡饱和蒸气压的大小，决定了Sn分子到达超导腔内表面的速率。超导腔的温度则决定着Sn分子向超导腔内表面扩散生成Nb₃Sn薄膜的速率。只有Sn分子到达超导腔的速率和Sn分子向超导腔内表面扩散的速率匹配，才能够生成质量最好的Nb₃Sn薄膜。因此，采用锡蒸汽扩散法研制Nb₃Sn薄膜超导腔的过程中，对超导腔和锡源进行单独控温是获得高性能Nb₃Sn薄膜超导腔的关键。

但是，当前超导腔与锡源的单独控温是通过将锡源放在超导腔外部，并对其进行局部加热来实现的。而对于含有多个加速单元(加速单元内含电磁场，使带电粒子加速增能，多个加速单元可以使带电粒子和电磁场相位保持同步，在一个超导腔内得到持续加速增能)的工程实用超导腔，如果继续把锡源放在超导腔外部进行局部加热，则受限于其较长的尺寸，锡蒸汽分压将随着与锡源距离的增加而快速降低，导致适合距离锡源更近的加速单元的“超导腔-锡源”温度组合并不适合距离锡源更远的加速单元。这是将锡源放在超导腔外部进行局部加热研制高性能多加速单元工程实用Nb₃Sn薄膜超导腔不可克服的困难。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种在超导腔内部对锡源进行局部加热的电磁感应结构。该结构在每一个加速单元内部均放置锡源，并且通过温控程序对每一个加速单元内部的锡源实现局部加热，使每一个加速单元均拥有合适的“超导腔-锡源”温度组合，从而解决多加速单元超导腔无法采用超导腔、锡源单独控温技术路线研制高性能Nb₃Sn薄膜超导腔的难题。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种在超导腔内部对锡源进行局部加热的电磁感应结构，包括：

一个具有若干加速单元的超导腔，所述超导腔为Nb₃Sn薄膜生长的衬底结构；

一根电磁感应加热线圈，所述电磁感应加热线圈一端接交变电源正极，另一端接交变电源负极，用于对放在线圈中间的锡源进行加热，所述电磁感应加热线圈贯通所述超导腔并位于所述超导腔的轴线位置；

锡源坩埚，所述超导腔的每一个加速单元内均放置有一个锡源坩埚，所述锡源坩埚为盛放锡金属颗粒的容器，所述锡源坩埚放置在所述电磁感应加热线圈中；

一根支撑直杆，用作所述锡源坩埚的支撑结构；

温度热偶，用于测量所述超导腔内的温度。

所述超导腔采用金属纯铌加工而成；所述金属铌的剩余电阻率≥40；

所述超导腔的工作频率和加速单元个数，由应用需求决定。

所述电磁感应加热线圈采用剩余电阻率≥40的高纯金属铌或者纯度达到99.95％的高纯金属钨加工而成；