一种在超导腔内部对锡源进行局部加热的电磁感应结构制造技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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

【技术实现步骤摘要】
一种在超导腔内部对锡源进行局部加热的电磁感应结构


[0001]本专利技术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


技术介绍

[0002]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。
[0003]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
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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。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术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
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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。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0006]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：
[0007]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；
[0008]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；
[0009]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；
[0010]一根支撑直杆，用作所述锡源坩埚的支撑结构；
[0011]温度热偶，用于测量所述超导腔内的温度。
[0012]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；
[0013]所述超导腔的工作频率和加速单元个数，由应用需求决定。
[0014]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；
[0015]所述锡源坩埚采用剩余电阻率≥40的纯金属铌或者纯度达到99.95％的高纯金属钨加工而成；所述锡源坩埚的数目与所述超导腔的加速单元的数目相同；
[0016]所述锡源坩埚位于所述支撑直杆上，工作时，所述锡源坩埚位于各个加速单元的中心；
[0017]所述支撑直杆的横截面为矩形，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；
[0018]所述支撑直杆穿过所述电磁感应加热线圈并位于所述超导腔的轴线位置；
[0019]所述温度热偶能准确测量1200℃
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1500℃高温，且在1200℃
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1500℃高温下稳定，挥发少，污染小，可以是带钨保护管的钨铼热偶；
[0020]所述温度热偶位于所述超导腔的轴线位置；
[0021]所述超导腔的首尾两端的加速单元均通过超导腔束流管道法兰与工装法兰对接；
[0022]所述工装法兰的数量为两个，
[0023]两个所述工装法兰与所述电磁感应加热线圈、支撑直杆和温度热偶穿墙对接，以提供支撑结构；
[0024]所述工装法兰采用剩余电阻率≥40的高纯金属铌或者纯度达到99.95％的高纯金属钨或铌钛合金加工而成；
[0025]所述工装法兰的尺寸由所述超导腔束流管道法兰决定；
[0026]所述工装法兰与所述超导腔束流管道法兰通过纯钨或纯铌紧固螺钉对接；
[0027]所述超导腔束流管道法兰采用剩余电阻率≥40的纯金属铌或者铌钛合金材料加工而成；
[0028]所述电磁感应加热线圈与所述工装法兰之间采用陶瓷套进行电隔离；
[0029]所述陶瓷套采用纯度达到99％的高纯陶瓷加工；
[0030]所述电磁感应加热线圈的长度根据所述超导腔的形状而定。
[0031]由于采用电磁感应加热线圈加热，因此不同位置的锡源坩埚受到的局部加热情况相同，所述温度热偶的探头穿墙通过所述工装法兰测量位置紧靠第一个锡源坩埚即可。
[0032]总之，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，在其内部产生交变磁场，锡源位于电磁感应加热线圈中心位置切割交变磁力线，从而在锡源内部产生涡旋电流，使锡源内部的原子高速无规则运动而产生热能，从而起到对锡源进行局部加热的效果；加热电源以温度热偶的实际测量温度为反馈，实现对锡源坩埚的指定温控加热。
[0033]与锡蒸汽扩散法现有的只能将锡源放在超导腔外部实现局部加热单独控温相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术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
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锡源”温度组合，使超导腔与锡源单独控温的技术路线也能应用于高性能多加速单元Nb3Sn薄膜超导腔的研制，对Nb3Sn薄膜超导腔的工程化应用具有重要意义。
附图说明
[0034]图1为本专利技术的在超导腔内部对锡源进行局部加热的电磁感应结构示意图。
[0035]1为超导腔、2为电磁感应加热线圈、3为锡源坩埚、4为支撑直杆、5为温度热偶、6为工装法兰，在本图例中带电粒子从6
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2端口进入超导腔，被加速后从6
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1端口离开超导腔。。
具体实施方式
[0036]下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
[0037]下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
[0038]本专利技术的结构示意图如图1所示，下面对一种在超导腔内部对锡源进行局部加热的电磁感应结构做详细介绍。
[0039]本图例中的超导腔1为具有6个加速单元的650MHz椭球超导腔，腔主体采本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一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；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。2.根据权利要求1所述的电磁感应结构，其特征在于：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；所述支撑直杆穿过所述电磁感应加热线圈并位于所述超导腔的轴线位置。3.根据权利要求1或2所述的电磁感应结构，其特征在于：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所述超导腔的加速单元的个数，由应用需求决定。4.根据权利要求1
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3中任一项所述的电磁感应结构，其特征在于：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；所述电磁感应加热线圈的长度根据所述超导腔的形状而定。5.根据权利要求1
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4中任一项所述的电磁感应结构，其特征在于：所述锡源坩埚采用剩余电阻率≥40的纯金属铌或者纯度达到99.95％的高纯金属钨加工而成；所述锡源坩埚的数目与所述超导腔的加速单元的数目相同；所述锡源坩埚位于所述支撑直杆上，工作...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨自钦，吴安东，何源，谢斌，初青伟，皇世春，谭腾，张生虎，
申请(专利权)人：中国科学院近代物理研究所，
类型：发明
国别省市：