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NUCLEAAR

用于检测的实验装置。将高强度太赫兹辐射波聚焦在ISIR上而产生的高电场(大阪)。 红色的激光点正是表面被照射的区域。

NUCLEAAR是INFN第五委员会研究与发展项目之一,该项目旨在解决推动加速器下一个研究前沿的科学和技术挑战。这主要围绕加速器技术和工业应用、未来对撞机,目前在欧洲粒子物理战略论坛中所讨论的接替LHC的下一代加速器。

NUCLEAAR项目的目标是研究提高加速腔性能的特殊涂层。为了设计功能强大且更紧凑的加速器,必须增加所有设备运行所处的电磁场场强。当前的铜基技术因击穿现象,射频腔体表面经受高电场梯度(100-200 MV / m) 长时间运行导致损伤等原因严重受限。

NUCLEAAR项目正在开展过渡金属氧化物涂层(例如MoO3)的性能研究,以改善铜的热机械阻力性能。 实际上,诸如MoO3或VO2之类的过渡金属氧化物的特征在于高功函,该功函控制着表面电子的发射。 它还会影响通常在RF腔内发生的击穿现象。 氧化物也是具有一定机械强度的材料,其机械强度肯定优于铜,这可以增加抵抗腔体内表面损坏的能力。

在覆盖有金属氧化物的铜表面上进行的测试效果很显著。 这些薄膜呈现出比铜更高的功函,并且对由GV / m量级的电场引起的击穿具有更高的抵抗力。 接下来,MoO3薄膜会沉积在弯曲的铜表面上以组装呈圆筒形腔。我们 将进行这种新型RF原型腔的特性表征。

镀有Au薄膜的RF铜结构的两幅图像。 在高电场下运行一段时间后,其结构会出现非常明显的损坏迹象,并随着时间的推移效率降低(由V. Dolgashev,SLAC提供)。 (G. Gatti, et al., X-band accelerator structures: on going R&D at the INFN, Nuclear Instr. Meth. A 829, 2016, 206-212)

 

 

(左)粗糙度约为30 nm的铜基板,在ISIR(大阪)以45°入射角以5000个太赫兹辐射脉冲辐照的图像,该斑点的尺寸约为400μm。 (右)中心区域(〜200μm)的扫描电子显微镜图像,在几次以几GV / m的电场放电后,明显形成了氧化铜结构。
用拉曼显微镜获得的图像,显示脉冲THz辐射造成了铜表面损坏。 颜色深浅代表了被照射表面上氧化铜(Cu2O)浓度的不同。

 

带有薄MoO3涂层的弯曲铜元件的照片,准备进行辐照测试。 组装类似的弯曲元件,使得我们可以对新型RF腔进行测试。
金属表面功函数的示意图。 势垒的高度(以eV为单位)和形状(蓝线)控制材料内部电子通过“隧道效应”从金属表面逸出的几率。
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Ultima modifica: 21 Febbraio 2020