Сверхпроводящий высокочастотный резонатор

Сверхпроводящий высокочастотный резонатор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Своз Севетскик

Сециалистичесюи

Распу6пик

ОП ИСАНВ":Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ i»699682 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 12.01.78 (21) 2569375/18-25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.

Н 05 Н 7/00

Государственный комитет

СССР оо делам изобретений

ss открытий (53) УДК621.384..6 (088.8) Опубликовано 25.11.79. Бюллетень № 43

Дата опубликования описания 30.11.79

А

А. Н. Диденко, М. В. Мельников, А. К. Какабадзе, Л. М. Севрюкова, Г, P. Мухина, H. Н. Петров, С. М. Пестеров, Б. А. Медни в и В. Л. Каминский (72) Авторы изобретениа

Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им. С. М. Кирова и Научно-производственное объединение «Энергия» (71) Заявители (54) СВЕРХПРОВОДЯЩИЙ ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ РЕЗОНАТОР

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано при создании сверхпроводящих высокочастотных устройств, в том числе для ускорения заряженных частиц и для высокочастотного удержания плазмы.

Известен сверхпроводящий высокочастотный резонатор, используемый в качестве ускоряющего устройства, изготовленный из поликристаллического ниобия (1).

Недостатком такого резонатора являются относительно малые градиенты электрических полей, которые колеблются от 3 до

6 МэВ)м вследствие большой удельной плотности границ зерен.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является сверхпроводящий высокочастотный резонатор, выполненный из ниобия с крупнокристаллической структурой (2).

Однако в сверхпроводящем резонаторе ускоряющей структуры из поликристаллического ниобия невозможно получить высокие градиенты энергии, так как границы зерен представляют собой области негомогенности и вызывают большие автоэмиссионные

2 токи, что приводит к ограничению приростов энергии в сверхпроводящих структурах.

Целью изобретения является повышение градиента электрического поля в резонаторе.

Это достигается тем, что в известном сверхпроводящем высокочастотном резонаторе из кристаллического ниобия, рабочая поверхность резонатора выполнена из монокристалла с такой ориентацией кристаллографических осей, что набор кристаллогра1р фических граней на рабочей поверхности имеет максимальным суммарное значение работы выхода электронов.

Даже сравнительно малый выигрыш в работе выхода электронов вызывает резкое снижение эмиссионных токов, что приводит к устранению мультипакторного эффекта в сверхпроводящих структурах и повышению градиентов электрических полей.

Сущность предла гаемого технического решения удобно рассмотривать на примере сверхпроводящего цилиндрического резонатора, изготовленного из монокристаллического ниобия, имеющего кристаллографическую ориентацию < 110>, < 100> и <111 >.

699682

Формула изобретения

Составитель Е. Громов

Редактор T. Клюкина Техред О. Луговая Корректор Г. Назарова

Заказ 7245/60 Тираж 044 Подписное

ЦН И И ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал П П П «Патент», r. Ужгород, ул, Проектная, 4

В случае, когда ось монокристаллического резонатора расположена вдоль кристаллографического направления <111 >,на цилиндрическую рабочую поверхность ре зонатора выходят шесть кристаллографических граней (110) с максимальной работой выхода срст1„> — — 4,8 эВ,шесть кристаллографических граней (112) с работой выхода q)oa> — — 4,47 эВ и ряд других второстепенных кристаллографических граней, которые не могут внести значительного изменения в суммарную по периметру цилиндра работу выхода.

Если геометрическая ось резонатора совпадает с кристаллографическим направлением (! 10 >то на цилиндрическую рабочую поверхность резонатора будут выходить две кристаллографические грани (110) с ср,ио> ——

= 4,8 эВ, четыре кристаллографические грани (112) с со<0 >= 3,88 эВ, две кристаллографические грани (100) с <рс,оо> —— 4,0 эВ.

В том случае, если геометрическая ось цилиндрического резонатора совпадает с кристаллографическим направлением 100>, то на рабочую поверхность выходят четыре кристаллографические грани (110) с ср<п ——

= 4,8 эВ, четыре кристаллографические грани (100) с cp< > — — 4,0 эВ, Расчеты суммарной работы выхода по периметру рабочей поверхности сверхпроводящего цилиндрического резонатора, геометрическая ось которого параллельная трем основным кристаллографическим осям, дают следующие значения 39

2%<110> - 4,088 эВ Ф <100> 4,14 эВ

ХФ (111) 4,56 ЭВ

Значение работы выхода для поликристаллического ниобия составляет 4,03 эВ.

Таким образом, если геометрическую ось

35 сверхпроводящего резонатора из монокристаллического ниобия ориентировать параллельно кристаллографической оси (111 >,то выигрыш в работе выхода составит 0,53 эВ.

Максимально достигнутое кристалличес- 40 кое высокочастотное поле в сверхпроводящих резонаторах диапазона 10 см, изготовленных из крупнокристаллического ниобия, составляет около 30 МВ/м.

4%

Расчеты показывают, что в монокристаллическом сверхпроводящем резонаторе диапазона 10 см, ось которого совпадает с кристаллографическим направлением <111 >, критическое высокочастотное поле увеличивается до 76 МВ/м при той же плотнос. ти тока эмиссии.

Таким образом, использование монокристаллических резонаторов из ниобия позволяет увеличить критическую напряженность поля в 2,4 раза, следовательно, и в сверхпроводящей структуре градиенты электрических полей повышаются в 2,4 раза.

Следует отметить, что в сверхпроводящих ускоряющих структурах градиенты энергии обычно меньше в 1,5 раза, чем в отдельных сверхпроводящих резонаторах. Такое уменьшение критической напряженности электрического поля объясняется увеличением общей площади, занимаемой границами зерен на рабочей поверхности СВЧ-структуры.

Поскольку в сверхпроводящей ускоряющей структуре, изготовленной из монокристалла, совершенно отсутствуют границы зерен, критические высокочастотные поля будут равны полям, достигнутым в отдельных сверхпроводящих резонаторах.

Таким образом, повышение критических высокочастотных электрических полей за счет монокристалличности структуры позволит увеличить градиенты электрического поля в 2,4 раза, а следовательно, во столько же раз сократить длину ускоряющей сверхпроводящей секции и, в свою очередь, стоимость ускорителя.

Сверхпроводящий высокочастотный резонатор, выполненный из кристаллического ниобия, отлиыаюцийся тем, что, с целью повышения градиента электрического поля в резонаторе, рабочая поверхность резонатора выполнена из монокристалла с такой ориентацией кристаллографических осей, что набор кристаллографических граней на рабочей поверхности имеет максимальным суммарное значение работы выхода электронов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. J. P. Turneare «Measuremeuts on suрегcoHdacting МЬргototype structure at

1300 мГц» IEEE Trans Nucle - Sci, 1971, V NS-18,Ж3, р. 166 — 167.

2. Н. На1агпа etal «Surface condition

of пюЬшгп for superconducting RF cavit!es», Particle Acalerators, 1972, V3, р. 209 — 223. (прототип).