[发明专利]一种超导腔氮掺杂方法

说明书

本发明公开了一种超导腔氮掺杂方法。本方法为：1)将超导腔整体放入超声清洗池进行清洗，再用纯水将超导腔内、外均冲洗干净、晾干；然后对超导腔的内表面进行缓冲化学抛光；然后清洗超导腔内表面、晾干；2)将步骤1)处理后的所述超导腔放入真空炉中进行加热，加热至设定温度后，在该设定温度和压力对真空炉进行除氢处理；3)除氢处理结束后，将真空炉的抽气阀门关闭，注入高纯氮气且真空炉内压力保持在2～4Pa，将氮掺入超导腔表面；4)氮气注入结束后，对真空炉进行除氮气处理；5)除氮气处理结束后，对真空腔保温设定时间，完成超导腔的氮掺杂。本发明能够进一步降低超导腔的表面电阻，从而减小超导腔的功耗。

技术领域

本发明涉及一种超导腔氮掺杂方法，属于超导技术领域。

背景技术

超导腔是加速器中用来加速带电粒子的一种微波谐振腔。目前的超导腔都由金属铌制成，与常温腔相比，优势明显(加速梯度高、腔体损耗低、束流孔径大)，因此，世界上各大加速器装置现在普遍采用超导腔加速各种带电粒子(电子、质子、重离子……)。

衡量超导腔性能优劣的指标主要有两个：加速梯度E_acc和表面电阻R_S。R_S与腔体的功耗成正比，R_S越小，则超导腔的功耗越小(从而节省了低温制冷费用)，超导腔的性能也就越好。因此，自超导腔诞生之日起，人们就采用了各种方法来降低超导腔的表面电阻，例如：高压纯水冲洗、120度烘烤、洁净间组装等等。

随着相关技术的发展进步，目前，超导腔的表面电阻已经接近传统BCS超导理论的极限，很难继续降低。因此，需要采用一些新方法、新技术来进一步降低超导腔的表面电阻，从而减小超导腔的功耗。

发明内容

针对现有方法中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种氮掺杂方法，本发明能够进一步降低超导腔的表面电阻，从而减小超导腔的功耗。

本发明的技术方案为：

一种超导腔氮掺杂方法，其步骤包括：

1)对超导腔的内表面进行缓冲化学抛光；然后清洗超导腔内表面、晾干；

2)将步骤1)处理后的所述超导腔放入真空炉中进行加热，加热至设定温度后，在该设定温度和压力对真空炉进行除氢处理；

3)除氢处理结束后，将真空炉的抽气阀门关闭，注入高纯氮气且真空炉内压力保持在2～4Pa，将氮掺入超导腔表面；

4)氮气注入结束后，对真空炉进行除氮气处理；

5)除氮气处理结束后，对真空腔保温设定时间，完成超导腔的氮掺杂。

进一步的，用酸液对超导腔的内表面进行缓冲化学抛光；其中，所述酸液包括浓度为48％的HF、浓度为69％的HNO₃和浓度为84％的H₃PO₄，且HF：HNO₃：H₃PO₄的体积比为1:1:2；抛光结束后，要将超导腔灌满纯水洗去残留酸液，直至超导腔内纯水PH值大于6。

进一步的，用酸液对超导腔的内表面进行缓冲化学抛光时，所述酸液的流速小于18升/分钟，抛光时间为25～35分钟。

进一步的，清洗超导腔内表面的方法为：在洁净间对超导腔进行高压纯水喷淋，时间30分钟以上，晾干时间不小于10小时。

进一步的，所述步骤1)中，首先将超导腔放入超声清洗池进行清洗，再用纯水将超导腔内、外均冲洗干净、晾干；然后对超导腔的内表面进行缓冲化学抛光；然后清洗超导腔内表面、晾干。

进一步的，将超导腔整体放入超声清洗池超声30～40分钟；其中，将超声清洗池的水温为50度，且加入超声清洗液。