[发明专利]一种应用于轮辐式超导腔的滚磨抛光方法及装置

说明书

本发明公开了一种应用于轮辐式超导腔的滚磨抛光方法及装置。本方法为：1)对轮辐腔进行超声清洗和测量后进行轮辐腔自转滚磨粗抛，粗抛设定厚度H1后进行步骤2)；其中，自转滚磨粗抛过程中轮辐腔内所用磨料为：洁净水+抛光液+树脂圆锥磨料；2)对轮辐腔自转滚磨细抛，精抛设定厚度H2后进行步骤3)；其中，自转滚磨细抛过程中轮辐腔内所用磨料为：洁净水+800目纯度98％以上的氧化铝粉末+边长5mm木方；3)对轮辐腔自转滚磨精抛设定厚度H3后停止；其中，自转滚磨精抛过程中轮辐腔内所用磨料为：洁净水+40nm的二氧化硅抛光液+边长5mm木方。本发明能有效去除轮辐腔外导体上的缺陷，提高轮辐腔低温超导时的射频性能。

技术领域

本发明涉及加速器技术领域，具体涉及到一种应用于轮辐式超导腔的滚磨抛光方法及装置。

背景技术

轮辐腔是质子加速器中的一种常用射频超导加速结构。由于其射频工作频率低(300-350MHz)、物理尺寸大(直径500-600mm)，制造加工难度大，制造完成后的轮辐腔常存在微波面缺陷的情况。微波面的缺陷会明显降低轮辐腔在低温超导时的射频性能，发生热致失超，场致发射等问题。

轮辐腔根据加速粒子速度的不同，有多种结构，如图1所示，分为单轮辐腔、双轮辐腔和多轮辐腔。

轮辐腔的内表面为微波面。微波面上的缺陷，如小坑、划痕、毛刺等，会极大程度降低轮辐腔的低温超导射频性能，使腔的无载品质因素和加速梯度降低。其缺陷大多来自于制造过程中的真空电子束焊接、机械加工、冲压成型等加工手段产生。同时，腔体加工完成后，表面处理过程中的不规范操作也有可能损伤腔的微波面。目前，轮辐腔除机械抛光，如使用直磨机，砂纸等伸入腔内手动打磨缺陷，没有有效去除微波面缺陷的表面处理技术。

一种应用于有多个加速间隙椭球腔的滚磨抛光方法在过去被提出。椭球腔结构如图2所示。其运行频率较高(1.3GHz)，物理尺寸较小(直径80-100mm)。

应用于椭球腔的滚磨抛光方法如图3所示，椭球腔自转的同时也在公转，公转为磨料提供离心力，椭球腔自转使腔内微波面能够被均匀抛光。公转与自转方向相反，公转与自转旋转速度一致，约为100转每分钟。椭球腔的滚磨抛光需要同时公转和自转的主要原因是椭球腔的物理尺寸较小，需要公转为磨料提供离心力以有效抛光。磨料填充椭球腔内空间2/3以上。

应用于椭球腔的滚磨抛光大多分为四个阶段：

1、初始抛光。磨料：斜三角(棕刚玉，长15mm，宽15mm)+洁净水+研磨液。研磨时间：根据抛光厚度需要，约8h。

2、粗抛光。磨料：树脂圆锥(直径10mm，高度10mm)+洁净水+研磨液。研磨时间：约15h。

3、细抛光。磨料：木块+98％纯度氧化铝粉末(15μm)+洁净水。研磨时间：约30多小时。

4、精抛光。磨料：40nm的二氧化硅抛光液+木块。研磨时间：约40多小时。

对于制造完成的轮辐腔，目前尚无高效的方法能够完全去除腔内微波面的表面缺陷，使腔内微波面的粗糙度变好，获得更高的表面质量。当腔有足够大和足够多的开孔时，可以通过手动抛光定点去除腔内缺陷，这种办法需要用内窥镜找到缺陷位置，然后使用砂纸或直磨机手动打磨，效率低下。同时对于轮辐腔的设计，大多轮辐腔，特别是多柱轮辐腔无法具有足够多尺寸较大的开孔，因此无法通过手动抛光的方法有效去除缺陷。此外，部分缺陷尺寸较小，无法通过内窥镜观察发现。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种应用于轮辐式超导腔的滚磨抛光方法及装置。本发明将滚磨抛光的方法应用在轮辐腔上，结合轮辐腔的物理特性，设计了特定的滚磨抛光方式，有效去除了轮辐腔外导体上的缺陷，提高了轮辐腔低温超导时的射频性能。