Développement et optimisation d'un procédé de polissage mécanique pour les cavités accélératrices supraconductrices

par Oleksandr Hryhorenko

Projet de thèse en Physique des accélérateurs

Sous la direction de Marin Chabot.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Particules, hadrons, énergie et noyaux: Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulation , en partenariat avec Institut de physique nucléaire d'orsay (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 24-05-2016 .


  • Résumé

    L'objectif de la thèse proposée sera de mener à bien le programme de recherche définis dans le projet européen finançant cette thèse. Il s'agira dans un premier temps d'effectuer une recherche poussée des différentes techniques de polissage mécanique ou mécanochimique. Il s'agira ensuite de choisir voire adapter puis tester l'efficacité de plusieurs techniques sélectionnées sur des échantillons de Niobium massif et d'optimiser le procédé au cas particulier du Niobium afin d'atteindre une rugosité (Ra) meilleure que 100 nm. L'étudiant aura à sa disposition les instruments d'analyse de surface (microscope confocal, SIMS, DRX rasant) mis en commun sur la plateforme PANAMA, plateforme d'analyse commune financée par le Labex P2IO. Dans un deuxième temps, la ou les techniques retenues seront testées pour le polissage de disques de Niobium afin d'être installées dans une cavité RF de test d'échantillon dédiée. Cette cavité est déjà en opération à l'IPNO. L'étudiant mènera l'ensemble des préparatifs et tests cryogéniques nécessaires pour la caractérisation complète du disque. Le polissage sera optimisé afin que les performances RF d'un disque poli mécaniquement soit au moins aussi bon qu'un disque poli par une attaque. chimique standard effectuée sur Niobium. Finalement, il s'agira d'adapter la technique de polissage afin d'être compatible pour le polissage de cavités accélératrices supraconductrices de tout type (quart d'onde,spoke, elliptiques, …).

  • Titre traduit

    Development and optimization of mechanical polishing process for superconducting accelerating cavities


  • Résumé

    Accelerator performance, in particular the cavity quality factor and the accelerating gradient field, depends on the physical and chemical characteristics of the superconducting radio-frequency (SRF) cavity surface. The preparation of the cavity walls has been one of the major challenges in SRF accelerator technology. Even a single microscopic defect, in such large macroscopic structures, could be a cause of local breakdown (quench) and could severely decrease the performance of cavity. In order to avoid this negative impact on performance, more than 150μm of the material is typically removed to recover a clean and damage-free surface. Buffered chemical polishing (BCP) and electropolishing (EP) has been effectively used in manufacturing of cavities during many years. But both methods are very hazardous and very expensive for treatment which required a large of volumes acids. Recent studies have successfully proved that a mechanical polishing (MP) could effectively cure a cavity. But MP gives us the problem of contamination of samples by different chemical elements. Student will working on the optimization of the experimental conditions in the MP and will cheking their influence by using following technologies: laser confocale microscopy, secondary ions mass spectrometry, X-Ray diffraction and scanning electron microscopy with EDX. Upon determining optimal experimental conditions on flat samples, the procedures will be applied to elliptical cavity, pursuing improvement of their RF performance.