Устранение дефектов сварного соединения в ниобиевом сверхпроводящем резонаторе

Исследованы возможные причины появления дефектов при сварке ниобиевого сверхпроводящего коаксиального полуволнового резонатора (HWR), которые заключаются в отклонении формы свариваемой поверхности от заданной, в отклонении угла падения луча от перпендикуляра к свариваемой поверхности, в колебании толщины свариваемых кромок, а также наличие некоторой нестабильности (пульсации) ускоряющего напряжения, токов луча и фокусировки электронно-лучевой пушке. Определены возможности предотвращения появления дефектов при сварке, заключающиеся в регулировании рабочих параметров электронно-лучевой пушки в зависимости от возможных погрешностей при изготовлении и подготовке свариваемых кромок. Изучены методы устранения дефектов при сварке ниобиевого сверхпроводящего коаксиального HWR. Разработан способ ремонта дефектов сварных соединений типа прожогов на исследуемом типе резонатора с использованием электронно-лучевого наплавления. Приведены результаты измерения резонансной частоты HWR до возникновения и после восстановления прожога, которые показали, что заплавление отверстия не привело к изменению электрофизических характеристик. Вакуумные и криогенные испытания при температуре жидкого азота подтвердили герметичность сварных соединений. Полученные результаты могут быть использованы при разработке базовых технологий восстановления и ремонта дорогостоящих и сложных в изготовлении элементов ускорительной техники – сверхпроводящих высокочастотных резонаторов из листового особо чистого ниобия.

1. Pobol, I. L. Developing of superconducting niobium cavities for accelerators / I. L. Pobol, S. V. Yurevich // J. Phys.: Conf. Series. – 2015 – Vol. 653, № 1. – Art. ID 012008. http://doi.org/10.1088/1742-6596/653/1/012008

2. Status of R&D on new superconducting injector linac for Nuclotron-NICA / A. V. Butenko [et al.] // 61st ICFA Advanced Beam Dynamics Workshop on High-Intensity and High-Brightness Hadron Beams, Daejeon, Korea, 17–22 June 2018: Proceedings. – Daejeon, 2018. – Р. 83–87. http://doi.org/10.18429/JACoW-HB2018-TUA2WC02

3. Текущее состояние работ по созданию сверхпроводящих ускоряющих резонаторов для проекта Нуклотрон-Nica / М. A. Гусарова [и др.] // VII Междунар. конф. «Лазерные, плазменные исследования и технологии» (Лаплаз-2021), Москва, НИЯУ МИФИ, 24–26 марта 2021 г. – М., 2021. – С. 112–114.

4. IHEP low-loss large grain 9-cell cavity fabrication and processing / J. Gao [et al.] // 1st Intern. Particle Accelerator Conf. (IPAC’10), Kyoto, Japan, May 23–28, 2010: Proceedings. – Geneva, 2010. – P. 2974–2976.

5. ILC-higrade cavities as a tool of quality control for European XFEL / A. Navitski [et al.] // 16th Intern. Conf. on RF Superconductivity, SRF 2013, Paris, France, 23–27 September, 2013: Proceedings. – 2013. – P. 209–212.

6. Fabrication and testing of SSR1 resonators for PXIE / L. Ristori [et al.] // 4th Intern. Particle Accelerator Conf., IPAC 2013, Shanghai, China, 12–17 May, 2013: Proceedings. – Geneva: JACOW, 2013. – Р. 2429–2431.

7. Development and performance of 325 MHz single spoke resonators for Project X / L. Ristori [et al.] // 16th Intern. Conf. on RF Superconductivity, SRF 2013, Paris, France, 23–27 September 2013: Proceedings. – 2013. – P. 1187–1192.

8. KEK Production and investigation of superconducting 9-cell cavity made of large grain Nb in KEK / T. Dohmae [et al.] // 7th Intern. Particle Accelerator Conf., IPAC 2016, Busan, Korea, 8–13 May, 2016: Proceedings. – Geneva, 2016. – P. 2141–2144.

9. Experience with the fabrication, processing and testing of the prototype “C75” 5-cell cavities [Electronic resource] / G. Ciovati [et al.] // JLAB-TN-17-029, May 17, 2017. – Mode of access: https://indico.jlab.org/event/251/attachments/2501/3068/FabricationProcessTesting_of_C75-JLAB-TN-17-029.pdf – Date of access: 22.10.2022

10. Production of superconducting 1.3-GHz cavities for the European X-ray Free Electron Laser / W. Singer [et al.] // Phys. Rev. Accel. Beams. – 2016. – Vol. 19. – Art. ID 092001. https://doi.org/10.1103/PhysRevAccelBeams.19.092001