近期，东江实验室与中国科学院近代物理研究所在Nb3Sn材料的射频超导应用方面取得重大突破，研制的Nb3Sn固体传导冷却电子超导加速器在国际上首次实现稳定载束。该加速器的研制得到先进能源科学与技术广东省实验室科研平台项目、国家重大科技基础设施项目、国家自然科学基金委面上项目、中国科学院“青促会”等项目的支持。
来自中国科学院高能物理研究所、清华大学、北京大学、中国科学技术大学、四川大学、中国科学院大连化学物理研究所的专家组听取了项目组的研制与测试报告，对固体传导冷却Nb3Sn电子超导加速器进行了现场测试。加速后的电子束最高能量达到4.6MeV，宏脉冲流强超过100mA。
图1 专家组在加速器隧道内现场验收
Nb3Sn材料的超导转变温度是金属铌的2倍，是下一代射频超导新材料的主要突破方向，也是射频超导领域的前沿研究热点与竞争制高点。Nb3Sn的应用可以显著降低热负载，提高射频超导加速器的运行温度，并简化其系统复杂程度。不仅能够降低超导加速器对大型低温系统的需求和运维成本，而且能够促进射频超导加速器实现小型化和工业化应用。2018年近代物理研究所在国内率先开展Nb3Sn射频超导技术研究，实现了Nb3Sn超导薄膜从设备、机理到工艺的全过程。2022年以后，团队得到先进能源科学与技术广东省实验室科研平台项目的支持，完成了Nb3Sn射频超导技术的系统集成应用关键技术突破，在国际上首次完成了固体传导冷却Nb3Sn超导电子加速器的成功研制与稳定载束。
此突破性成果为Nb3Sn超导加速器的系统集成以及束流稳定加速提供了示范验证，对于我国在下一代射频超导技术领域实现从跟跑、并跑到引领的跨越具有重要的意义。有助于我国抓住射频超导技术摆脱液氦束缚迈入实用化这一历史机遇，占领工业加速器领域技术高峰。在废水废气处理等环保领域、特种检测设备等国家安全领域、同位素生产等医疗健康领域、保鲜杀毒等农业与生物领域具有广阔的应用前景。
图2 固体传导冷却Nb3Sn电子超导加速器
图3 法拉第桶测量宏脉冲流强为~180mA的稳定加速记录
本成果的预印本文章已在arXiv网站刊登，文章链接：[2404.09187] Stable Acceleration of a LHe-Free Nb3Sn demo SRF e-linac Based on Conduction Cooling (arxiv.org)