Nano hétéro-structures pour l'amélioration des performances de supraconducteurs sous champs intenses

Autor: Kalboussi, Yasmine
Přispěvatelé: Département des Accélérateurs, de Cryogénie et de Magnétisme (ex SACM) (DACM), Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers (IRFU), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Université Paris-Saclay, Claire Antoine, Thomas Proslier
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2023
Předmět:
Zdroj: Materials Science [cond-mat.mtrl-sci]. Université Paris-Saclay, 2023. English. ⟨NNT : 2023UPASP029⟩
Popis: For approximately five decades, bulk niobium resonators have been the best RF accelerating cavities available for accelerators. Thanks to the huge research efforts made by the SRF community, niobium cavities provide today reliably exceptional performances with accelerating gradient up to 40 MV/m. Nonetheless, niobium cavities still witness performance limitations when exposed to high fields which are essentially due to current vortices that appear in the superconductors when a magnetic field is applied. These vortices start dissipating energy and creating heat as soon as they are set to motion by the RF field. Moreover, their interactions with native oxides and the material defects drastically demeans superconducting performances. This work aims at exploring a new technological pathway to enhance the performances of SRF cavities through functionalizing their inner surface with thin film coatings. Due to its complex shape, coating an SRF cavity demands a finetuning of the film’s chemical and structural properties and a thickness uniformity down to the nanometric scale. To our knowledge, atomic layer deposition is a very well suited deposition technique to fulfill these requirements. This Project is a synergistic approach between synthesis, characterization and performance tests of the most effective ALD deposited thin films to address some of the most detrimental phenomena to RF cavities operation and to explore new technological routes to boost their performances.; Depuis environ cinq décennies, les résonateurs en niobium massif ont été les meilleures cavités radiofréquences disponibles pour les accélérateurs. Grâce aux énormes efforts de recherche fournis par la communauté SRF, les cavités en niobium offrent aujourd'hui des performances exceptionnelles et fiables avec des gradients accélérateur allant jusqu'à 40 MV/m. Néanmoins, les cavités en niobium connaissent encore des limitations de performances lorsqu'elles sont exposées à des champs élevés qui sont essentiellement dus aux tourbillons de courant qui apparaissent dans les supraconducteurs lorsqu'un champ magnétique est appliqué. Ces tourbillons commencent à dissiper de l'énergie et à créer de la chaleur dès qu'ils sont mis en mouvement par le champ radiofréquence. De plus, leurs interactions avec les oxydes natifs et les défauts du matériau dégradent considérablement les performances supraconductrices. Ce travail vise à explorer une nouvelle voie technologique pour améliorer les performances des cavités SRF en fonctionnalisant leur surface interne avec des revêtements en couches minces. En raison de sa forme complexe, le revêtement d'une cavité SRF nécessite un contrôle fin des propriétés chimiques et structurelles du film et une uniformité d'épaisseur jusqu'à l'échelle nanométrique. Le dépôt par couche atomique (ALD) est une technique de dépôt particulièrement adaptée pour répondre à ces exigences. Ce projet est une approche synergique entre la synthèse, la caractérisation et les tests de performance sur cavités recouvertes par ALD de couches minces les plus efficaces pour traiter certains des phénomènes les plus limitants au fonctionnement des cavités RF et pour explorer de nouvelles voies technologiques pour améliorer leurs performances.
Databáze: OpenAIRE
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