Superconducting radio frequency technology: an overview

Technologie de radio-fréquence supraconductrice : vue d’ensemble

Thomas Jefferson National Accelerator Facility, Newport News, Virginia, USA

Abstract

Superconducting RF cavities are becoming more often the choice for larger scale particle accelerator projects such as linear colliders, energy recovery linacs, free electron lasers or storage rings. Among the many advantages compared to normal conducting copper structures, the superconducting devices dissipate less RF power, permit higher accelerating gradients in CW operation and provide better quality particle beams.

In most cases these accelerating cavities are fabricated from high purity bulk niobium, which has superior superconducting properties such as critical temperature and critical magnetic field when compared to other superconducting materials. Research during the last decade has shown, that the metallurgical properties – purity, grain structure, mechanical properties and oxidation behaviour – have significant influence on the performance of these accelerating devices. This contribution attempts to give a short overview of the superconducting RF technology with emphasis on the importance of the material properties of the high purity niobium.

Résumé

Les cavités RF supraconductrices deviennent de plus en plus la solution adoptée pour les projets d’accélérateur de particules de grande échelle, tels que les collisionneurs linéaires, les accélérateurs linéaires de récupération d’énergie (ERL), les lasers à électrons libres ou les anneaux de stockage. Les structures supraconductrices offrent de nombreux avantages par rapport aux structures normales en cuivre. En particulier, elles dissipent moins de puissance RF, permettent d’atteindre des champs accélérateurs plus élevés en mode d’opération CW et délivrent des faisceaux de particules de meilleure qualité. Dans la plupart des cas, les cavités accélératrices sont fabriquées à partir de niobium massif de haute pureté. Les propriétés supraconductrices de ce matériau telles que la température critique, le champ magnétique critique sont supérieures à celles d’autres matériaux supraconducteurs. Les travaux de recherche de cette dernière décennie ont montré que les propriétés métallurgiques – pureté, structure de grains, propriétés mécaniques, et oxydation – ont une influence significative sur les performances de ces structures accélératrices. Cette présentation donne une brève vue d’ensemble de la technologie RF supraconductrice tout en accentuant l’importance des propriétés matérielles du niobium de haute pureté.