Sviluppo di sistemi per la localizzazione dei quench in cavità risonanti superconduttive operanti in elio superfluido

Oggi la costruzione delle macchine acceleranti più moderne (XFEL, ILC) si basa sull'utilizzo di cavità risonanti superconduttive che operano a temperature criogeniche intorno a 2 K. Per raggiungere il limite teorico di queste cavità occorre conoscere le cause che ne limitano le prestazioni. Queste limitazioni possono essere ricondotte a limiti tecnologici di fabbricazione come emissione di campo, quench (thermal breakdown) e dissipazione termica dovuta al campo accelerante elevato; limiti fisici legati alle caratteristiche intrinseche della superconduttività, come il limite di campo magnetico critico Hc.

La diagnostica delle cavità risonanti superconduttive concentra gran parte degli sforzi nel comprendere le cause che impediscono di ottenere alti gradienti di campo accelerante. Attualmente il maggior ostacolo al raggiungimento di un valore che superi stabilmente i 35 - 40 MV/m è attribuibile alla transizione dallo stato superconduttore a normalconduttore di una porzione localizzata della superficie della cavità. Tale fenomeno viene chiamato quench e principalmente viene indotto dai difetti superciali del niobio.

In questo contesto, si espongono le diverse fasi di preparazione ai test di cavità risonanti superconduttive di terza armonica (3.9 GHz) per il progetto X-FEL (X-Ray Free Electron Laser) in costruzione ad Amburgo, che si sono svolti presso il LASA (Laboratorio di Acceleratori e Superconduttività Applicata della Sezione INFN di Milano) dal 2011 al 2013.