Bessere Supraleiter im Beschleuniger
Hochfrequenzkavitäten könnten mit Niobzinn bei höheren Temperaturen betrieben werden.
Zurzeit ist Niob das Material der Wahl, um supraleitende Hochfrequenzkavitäten zu bauen. So werden sie für Beschleuniger-Projekte wie bERLinPro und BESSY-VSR eingesetzt, aber auch bei Freien Elektronenlasern wie dem XFEL. Doch eine Beschichtung mit Niobzinn (Nb3Sn) könnte zu deutlichen Verbesserungen führen. Denn supraleitende Hochfrequenzkavitäten aus Niob müssen bei zwei Kelvin betrieben werden, was aufwändige Kryotechnik erfordert. Durch eine Beschichtung mit Nb3Sn könnten Kavitäten dagegen auch bei vier statt zwei Kelvin betrieben werden und zudem möglicherweise höhere elektromagnetische Felder aushalten, ohne dass die Supraleitung zusammenbricht. In Zukunft könnte das bei großen Beschleunigern Millionen Euro in Bau- und Stromkosten sparen, da der Aufwand für die Kühlung deutlich geringer ist.
Ein Team um Jens Knobloch, der das Institut SRF – Wissenschaft und Technologie – am Helmholtz Zentrum Berlin HZB leitet, hat nun in Zusammenarbeit mit Kollegen aus den USA, Kanada und der Schweiz Tests mit supraleitenden Proben durchgeführt, die an der Cornell University, USA, mit Nb3Sn beschichtet wurden. Die Experimente fanden am Paul-Scherrer-Institut in der Schweiz, am TRIUMF in Kanada und am HZB in Berlin statt. „Wir haben die kritischen Magnetfeldstärken von supraleitenden Nb3Sn-Proben in statischen und Hochfrequenz-Feldern gemessen“, sagt Sebastian Keckert.
Durch die Kombination verschiedener Messverfahren konnten sie die theoretische Vorhersage bestätigen, dass das kritische Magnetfeld von Nb3Sn in Hochfrequenz-Feldern höher ist als das für statische Magnetfelder. Allerdings sollte das beschichtete Material im Hochfrequenz-Feld noch ein sehr viel höheres kritisches Magnetfeld aufweisen. Somit haben die Tests auch gezeigt, dass der aktuell verwendete Beschichtungsprozess zur Herstellung von Nb3Sn weiterentwickelt werden könnte, um den theoretischen Werten noch näher zu kommen.
HZB / JOL
