서지 정보: Khanal, B. D., Balachandran, S., Chetri, S., Barron, M., Mullinix, R., Williams, A., ... & Dhakal, P. (2024). Role of microstructure on flux expulsion of superconducting radio frequency cavities. arXiv preprint arXiv:2410.02397.
연구 목적: 본 연구는 초전도 라디오 주파수(SRF) 공동의 자속 방출에 니오븀 미세 구조가 미치는 영향을 조사하는 것을 목표로 합니다. 특히, 냉간 가공된 니오븀 시트를 사용하고 800°C에서 열처리하는 새로운 제조 공정이 기존의 SRF 등급 니오븀에 비해 자속 방출 성능을 향상시키는지 여부를 확인하고자 합니다.
방법론: 연구진은 두 개의 단일 셀 SRF 공동을 제작했습니다. 하나는 기존의 SRF 등급 니오븀 시트로, 다른 하나는 냉간 가공된 니오븀 시트로 제작했습니다. 두 공동 모두 표준 표면 처리 및 열처리 과정을 거쳤습니다. 냉각 과정 중 잔류 자기장을 측정하여 자속 방출 비율을 결정했습니다. 또한, 깊게 인발된 반쪽 셀에서 추출한 쿠폰 샘플을 사용하여 미세 구조 특성을 분석하고 DC 자화 측정을 통해 자속 고정 거동을 조사했습니다. 또한, 열전도도 및 기계적 특성을 측정하여 새로운 시작 상태의 Nb의 적용 가능성에 대한 포괄적인 이해를 제공했습니다.
주요 결과:
주요 결론:
본 연구는 SRF 공동의 자속 방출 성능을 향상시키는 데 있어 냉간 가공된 니오븀 시트와 후속 열처리의 중요성을 강조합니다. 냉간 가공된 시트를 사용하면 800°C의 낮은 열처리 온도에서도 우수한 자속 방출을 달성할 수 있습니다. 이는 실온에서 니오븀 공동의 강도를 유지하는 데 바람직합니다. 또한, 본 연구는 자속 방출 거동이 큰 평균 입자 크기보다는 균일한 미세 구조의 공간적 분포에 의해 크게 영향을 받는다는 것을 확인했습니다.
의의:
본 연구 결과는 자기 플럭스 트래핑으로 인한 손실을 줄인 고성능 초전도 공동에 필요한 미세 구조의 중요성에 대한 명확한 증거를 제시합니다. 냉간 가공된 니오븀 시트를 사용하면 SRF 공동의 성능과 비용 효율성을 더욱 향상시킬 수 있습니다.
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