Kryomodul

Förenklad skiss av en SRF- kavitet i ett heliumbad, med RF- koppling och en passerande partikelstråle .

En kryomodul är en del av en modern partikelaccelerator som består av supraledande RF (SRF) accelerationskaviteter , som behöver mycket låga driftstemperaturer , ofta runt 2 Kelvin ). Kryomodulen är en komplex, toppmodern underkyld komponent där partikelstrålar accelereras för vetenskaplig forskning. De supraledande kaviteterna kyls med flytande helium .

En kryomodulsektion av en accelerator är sammansatt av supraledande kaviteter som accelererar strålen, inklusive ett magnetiskt gitter som ger fokusering och styrning.

Designöverväganden

SRF-kaviteter tenderar att vara tunnväggiga strukturer nedsänkta i ett bad av flytande helium med temperaturer på 1,6 K till 4,5 K. Noggrann konstruktion krävs för att isolera heliumbadet från den rumstempererade yttre miljön. Detta åstadkommes genom:

En vakuumkammare som omger de kalla komponenterna för att eliminera konvektiv värmeöverföring av gaser.
Flerskiktsisolering lindad runt kalla komponenter. Denna isolering består av dussintals alternerande lager av aluminiserad mylar och tunn glasfiberskiva, som reflekterar infraröd strålning som lyser genom vakuumisoleringen från 300 K ytterväggarna.
Låg värmeledningsförmåga mekaniska anslutningar mellan den kalla massan och rumstemperaturvakuumkärlet. Dessa anslutningar krävs till exempel för att stödja heliumkärlets massa inuti vakuumkärlet och för att ansluta öppningarna i SRF-kaviteten till acceleratorns strållinje. Båda typerna av anslutningar övergår från interna kryogena temperaturer till rumstemperatur vid vakuumkärlets gräns. Värmeledningsförmågan för dessa delar minimeras genom att de har liten tvärsnittsarea och består av material med låg värmeledningsförmåga, såsom rostfritt stål för vakuumstrålen och fiberförstärkta epoxier (G10) för mekaniskt stöd. Vakuumstråleröret kräver också god elektrisk ledningsförmåga på sin inre yta för att sprida strålens bildströmmar, vilket åstadkommes genom cirka 100 µm kopparplätering på den inre ytan.

En kryomodul av International Linear Collider som testas på Fermilab
Kryomodulens tvärsnitt. Ett stort rör i mitten är heliumgasreturrör. Det slutna röret under det är strålaxeln.
En fläns på kryomodulen används för att ansluta instrumentledningar och kablar.
Ett exempel på niobbaserad 1,3 GHz niocells supraledande radiofrekvens som ska placeras längs strålaxeln inuti kryomodulen

externa länkar