Сверхпроводящий высокочастотный резонатор

(23) Приоритет -Опубликовано 25.11.79.Дата опубликования оп 569375 18-25 Н 7/00 Государственный комитет СССР оо делам изобретений н открытийБюллетень4ания 30 11 79 Н. Диденко, М. В, Мельников, А. К. Какабадзе, Л. М. Севрюкова,Г, Р. Мухина, Н. Н. Петров, С. М, Пестеров, Б. А. Медни рв и В. Л. Каминский 2) Авторы изобретеи Научно-исследовательский институт ядерной фипри Томском политехническом институте им. С. М. и Научно-производственное объединение Энерг икиКирова я(54) СВЕРХПРОВОДЯШ 1сится к технике СВЧ ьзовано при создании ысокочастотных устля ускорения заряженокочастотного удержаиводит к ограничению приростовверхпроводящи х стру ктурах.зобретения является повышениелектрического поля в резонатотоки, чтоэнергии вЦельюградиентаре. Изобретение отно и может быть испол сверхпроводящих в ройств, в том числе д ных частиц и для выс ния плазмы.Известен сверхп тотный резонатор, ис ускоряющего устро из поликристалличес кокочаскачестве вленный роводящии вь пользуемый в йства, изгото кого ниобия 11 ого резонатора являютлые градиенты электриые колеблются от 3 до большой удельной плотНедостатком такся относительно маческих полей, котор6 МэВ(м вследствиености границ зерен.Наиболее близким техническим решением к изобретению является сверхпроводяший высокочастотный резонатор, выполненный из ниобия с крупнокристаллической структурой 12.Однако в сверхпроводящем резонаторе ускоряющей структуры из поликристаллического ниобия невозможно получить высокие градиенты энергии, так как границы зерен представляют собой области негомогенности и вызывают большие автоэмиссионные 1 СОКОЧАСТОТНЫй РЕЗОНАТО Это достигается тем, что в известном сверхпроводящем высокочастотном резонаторе из кристаллического ниобия, рабочая поверхность резонатора выполнена из моно- кристалла с такой ориентацией кристаллографических осей, что набор кристаллографи чески х граней на р абочей поверхности и ме. ет максимальным суммарное значение работы выхода электронов.Даже сравнительно малый выигрыш в работе выхода электронов вызывает резкое снижение эмиссионных токов, что приводит к устранению мультипакторного эффекта в сверхпроводящих структурах и повышению градиентов электрических полей.Сущность предлагаемого технического решения удобно рассмотривать на примере сверхпроводящего цилиндрического резонатора, изготовленного из монокристаллического ниобия, имеющего кристаллографическую ориентацию ( 110), ( 100) и (111 ).699682 Формула изобретения Составитель Е. Громов Редактор Т. Клюкина Техред О.Луговая Корректор Г. Назарова Заказ 7245/60 Тираж 044 Подписное ЦН И И ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4В случае, когда ось монокристаллического резонатора расположена вдоль кристаллографического направления ,111 ,нацилиндрическую рабочую поверхность резонатора выходят шесть кристаллографических граней 110 с максимальной работой выхода срст 1 -- 4,8 эВ,шесть кристаллографических граней 112 с работой выхода уи -- 4,47 эВ и ряд других второстепенных кристаллографических граней, которые не могут внести значительного изменения в суммарную по периметру цилиндра тоработу выхода.Если геометрическая ось резонатора совпадает с кристаллографическим направлением ( 1 О то на цилиндрическую рабочуюповерхность резонатора будут выходить двекристаллографические грани 110 с ср,но --= 4,8 эВ, четыре кристаллографические грани 112 с со 0= 3,88 эВ, две кристаллографические грани 100 с р,о-- 4,0 эВ.В том случае, если геометрическая осьцилиндрического резонатора совпадает скристаллографическим направлением 100,то на рабочую поверхность выходят четырекристаллографические грани 110 с срц--= 4,8 эВ, четыре кристаллографические грани 100 с ср, -- 4,0 эВ,Расчеты суммарной работы выхода попериметру рабочей поверхности сверхпроводящего цилиндрического резонатора, геометрическая ось которого параллельная тремосновным кристаллографическим осям, даютследующие значения 392%110 4,088 эВеФ 100 4,14 эВФ 11) 4,56 эвЗначение работы выхода для поликристаллического ниобия составляет 4,03 эВ.Таким образом, если геометрическую осьсверхпроводящего резонатора из монокристаллического ниобия ориентировать параллельно кристаллографической оси С 11 ,товыигрыш в работе выхода составит 0,53 эВ.Максимально достигнутое кристаллическое высокочастотное поле в сверхпроводящих резонаторах диапазона 10 см, изготовленных из крупнокристаллического ниобия, составляет около 30 МВ/м. ИРасчеты показывают, что в монокристаллическом сверхпроводящем резонаторе диа. пазона 10 см, ось которого совпадает с кристаллографическим направлением , 11 , критическое высокочастотное поле увеличивается до 76 МВ/м при той же плотнос ти тока эмиссии.Таким образом, использование монокристаллических резонаторов из ниобия позволяет увеличить критическую напряженность поля в 2,4 раза, следовательно, и в сверх- проводящей структуре градиенты электрических полей повышаются в 2,4 раза.Следует отметить, что в сверхпроводящих ускоряющих структурах градиенты энергии обычно меньше в 1,5 раза, чем в отдельных сверхпроводящих резонаторах. Такое уменьшение критической напряженности электрического поля объясняется увеличением общей площади, занимаемой границами зерен на рабочей поверхности СВЧ-структуры.Поскольку в сверхпроводящей ускоряющей структуре, изготовленной из монокристалла, совершенно отсутствуют границы зерен, критические высокочастотные поля будут равны полям, достигнутым в отдельных сверхпроводящих резонаторах.Таким образом, повышение критических высокочастотных электрических полей за счет монокристаллич ности структуры позволит увеличить градиенты электрического поля в 2,4 раза, а следовательно, во столько же раз сократить длину ускоряющей сверхпроводящей секции и, в свою очередь, стоимость ускорителя. Сверхпроводящий высокочастотный резонатор, выполненный из кристаллического ниобия, отлиыаюиийся тем, что, с целью повышения градиента электрического поля в резонаторе, рабочая поверхность резонатора выполнена из монокристалла с такой ориентацией кристаллографических осей, что набор кристаллографических граней на рабочей поверхности имеет максимальным суммарное значение работы выхода электронов.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе .,1. Р, Тцгпеаге Меаэцгегпец 5 оп эцрегсонйас 11 пд МЬрго 1 одарг 61 гцс 1 цге а 1 1300 мГц 1 ЕЕЕ Тгапз Хцс 1 е Ьс 1, 1971, Ч МЯ,Уе 3, р. 166 - 167.2. Н. Наагпа еаза Ьцг 1 асе сопд Юоп о иоЬ 1 цгп 1 ог вцрегсопсцс 1 щ КГ саи еэ, Раг 1 се Аса 1 ега 1 огз, 1972, Ъ 3, р. 209 - 223. (прототип).