Département des accélérateurs, de cryogénie et de magnétisme

Étude de l’électro-polissage

En ce qui concerne l’électrochimie, les premiers travaux ont été effectués sur des échantillons de niobium afin de mettre au point des mélanges d’acides plus performants, tout en essayant de diluer au maximum les acides présents dans le mélange pour des raisons de sécurité. Les études ont également porté sur les résidus solides (soufre) ou gazeux (hydrogène) générés lors du traitement. La présence de ces éléments dans le matériau niobium ou à sa surface nuit aux bonnes performances des cavités. Des solutions ont été trouvées : le rinçage à l’alcool permet, par exemple, de dissoudre le soufre.

Au cours de l’année 2006 un banc d’électropolissage pour cavité mono-cellule a été réalisé et mis en service. Une première cavité a été électropolie à la fin du mois d’octobre 2006 et a atteint, après un étuvage, un champ de 43 MV/m. Ce banc d’électropolissage va permettre de valider sur des cavités les nouvelles avancées obtenues sur des échantillons.

Amélioration du procédé d’étuvage

L’étuvage est l’ultime étape nécessaire pour réduire la dégradation du facteur de qualité à fort champ électrique et obtenir des champs accélérateurs plus élevés.

Le traitement consiste à maintenir la cavité sous ultravide et à une température de 120°C pendant 48 heures. Or, pour une production en masse de cavités, le temps d’étuvage est trop long et le procédé trop contraignant à cause du conditionnement sous ultra-vide de la cavité. L’utilisation de lampes à rayonnement infrarouge a permis de mettre au point un procédé d’étuvage équivalent, toujours sous ultravide, mais plus rapide (3 heures à 145 °C).

Les conditions opératoires pour pouvoir réaliser l’étuvage à la pression atmosphérique sous air ambiant ou gaz neutre (argon) sont actuellement à l’étude.

Analyses de surface

L’étuvage modifie les caractéristiques du supraconducteur sans que l’on en connaisse véritablement la cause. Depuis la découverte du phénomène, l’hypothèse d’une diffusion d’oxygène interstitiel à l’interface entre l’oxyde et le métal a souvent été avancée comme une cause possible. Or, les analyses de surface menées par notre laboratoire en utilisant la méthode de spectroscopie de masse d’ions secondaires (Sims) sur des échantillons de niobium ont montré qu’aucune diffusion notable d’oxygène interstitiel n’est observée.

Pour expliquer le phénomène physique de l’étuvage, d’autres explications sont également avancées, par exemple le comblement de lacunes à l’interface entre l’oxyde et le métal. Ces nouvelles hypothèses seront expérimentalement vérifiées et éventuellement validées dans un proche avenir.