Categoria: Magistralis Degree Thesis

PREPARAZIONE E CARATTERIZZAZIONE DI CAVITÀ RISONANTI SUPERCONDUTTIVE IN NIOBIO SENZA SALDATURE PER ACCELERATORI DI PARTICELLE-Magistralis Degree Thesis Carlo Roncolato

Author: Carlo Roncolato ; Type of thesis: Magistralis Degree Thesis
Abstract: Nell’ambito del Progetto Speciale Nuove Tecniche di Accelerazione dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), i Laboratori Nazionali di Legnaro (LNL) hanno proposto un’originale tecnica di formatura a freddo di cavità in niobio massiccio con frequenza di risonanza a 1,3GHz del tipo TESLA. La tecnica di lavorazione si basa sulla tornitura in lastra (in inglese spinning) ed è in grado di costruire cavità monocelle e multicelle, senza l’utilizzo di saldature1 – in inglese cavità di tipo seamless.
La possibilità di fabbricazione di cavità senza saldatura offre due vantaggi
immediati. Il primo vantaggio consiste nell’evitare automaticamente il problema di produzione di difetti superficiali originati dalla saldatura. Il secondo vantaggio, non meno importante del primo risiede nell’abbattimento dei costi e dei tempi di fabbricazione delle cavità a 1.3GHz con nove celle in niobio massiccio, proposte per TESLA.
La tecnica dello spinning oltre a questi vantaggi si è dimostrata essere anche alquanto promettente. La maggior parte delle cavità costruite con questo metodo, sebbene solo monocella, ha esibito campi acceleranti massimi fino a 39MV/m con un fattore di merito pari a 1010, ove le specifiche del progetto TESLA sono di 25MV/m e di 5×109.
Il progetto di ricerca e sviluppo, applicato alle cavità seamless, ha in definitiva lo scopo di dimostrare la fattibilità di fabbricazione e di funzionamento di strutture risonanti a basso costo per applicazioni su larga scala, dove decine di migliaia di cavità sono prodotte in tempi ragionevoli.
Il lavoro di tesi si inserisce in questo contesto, a fianco dell’attività di ricerca a livello nazionale e internazionale, in cui i Laboratori Nazionali di Legnaro collaborano fornendo cavità seamless presso i seguenti centri di ricerca: INFN sezione di Genova, CERN (Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire) a Ginevra, CEA/Saclay (Commissariat ý l’Energie Atomique) in Francia, DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron) in Germania KEK (High Energy Accelerator Organization) a Tsukuba in Giappone e TJNAF (Thomas Jefferson National Accelerator Facility) negli Stati Uniti. Lo svolgimento è stato condotto in parte presso i Laboratori Nazionali di Legnaro, dove è stata seguita maggiormente la parte di produzione delle cavità, ed in parte presso i laboratori del TJNAF (Jefferson Lab), dove è stata svolta l’operazione di caratterizzazione delle cavità.
In passato, svariati programmi di ricerca sono stati condotti per comprendere più a fondo i fenomeni che regolano le limitazioni al funzionamento delle cavità, con lo scopo di spingere oltre il confine delle prestazioni. Il presente lavoro di tesi è similmente motivato.
In particolare si focalizzerà il problema su uno dei meccanismi limitanti. Si cercherà di comprendere se la rugosità superficiale delle cavità seamless è un fattore decisivo per le prestazioni. Continue reading →