DE10018244A1 - Verfahren zum Polieren einer Oberfläche eines superleitenden Hohlraums - Google Patents

Abstract

Angegeben wird ein Verfahren zum Polieren einer Oberfläche eines superleitenden Beschleunigungshohlraums, der in einem metallischen Hohlkörper ausgebildet ist und mindestens an seiner Innenoberfläche aus einem niobhaltigen Material besteht. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Innenoberfläche zuerst einem chemischen Polieren und dann einem Elektropolieren unterworfen wird. Der erfindungsgemäß behandelte Hohlraum weist hohe Q-Werte und erhöhte Gradienten auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Polieren einer Ober­ fläche eines Beschleunigungshohlraums. Das Verfahren kann sehr kostenwirksam die Leistungsfähigkeit von Hochfrequenz- Beschleunigungshohlräumen verbessern, insbesondere die Lei­ stungsfähigkeit von superleitenden Beschleunigungshohlräumen im superleitenden Zustand (nachfolgend werden solche Hohl­ räume als "Beschleunigungshohlräume" bezeichnet), die für den Einsatz in Beschleunigern zum Beschleunigen von geladenen Teilchen auf hohe Geschwindigkeiten ausgebildet sind. Die be­ schleunigten geladenen Teilchen sind in großem Umfang nicht nur auf akademischem Gebiet, sondern auch im gewerblichen Be­ reich, z. B. in der Medizin, der Ingenieurtechnik und der Landwirtschaft, wertvoll.

Es war bisher allgemeine Praxis, die Innenoberflächen von su­ perleitenden Beschleunigungshohlräumen, die aus Niob beste­ hen, zu glätten, um ein höheres Beschleunigungsfeld oder ei­ nen höheren "Gradienten" bei hohen "Q-Werten" zu erhalten. Dies geschah dadurch, daß die Oberflächen der Hohlräume, insbesondere die Innenoberflächen, entweder einem chemischen Polieren oder einem Elektropolieren, bei dem der Hohlraum die Anode und ein Aluminiummaterial die Kathode bildeten, unterworfen wurden.

Beim chemischen Polieren wird eine Lösung eingesetzt, die (1) konzentrierte Phosphorsäure oder konzentrierte Schwefelsäure, (2) konzentrierte Salpetersäure und (3) Fluorwasserstoffsäure enthält. Das Verfahren hat die Vorteile, daß ein bloßes Ein­ tauchen das Polieren bewirkt, daß eine höhere Poliergeschwin­ digkeit realisiert wird und daß relativ wenig Wasserstoffgas in das Niob eingeschlossen wird. Das Verfahren vermindert je­ doch den hohen Q-Wert und den hohen Gradienten.

Andererseits wird beim Elektropolieren im Allgemeinen eine Polierlösung verwendet, die aus einem Gemisch aus konzen­ trierter Schwefelsäure und Fluorwasserstoffsäure oder Fluor­ wasserstoffsäure mit Butanol oder ähnlichem zusammengesetzt ist. Dies führt aber ständig zu vielen Schwierigkeiten, z. B. zu einer Verminderung der Poliergeschwindigkeit, dem Erfordernis komplizierter Einspannvorrichtungen und einer erhöhten Neigung zur Verschlechterung der Leistungsfähigkeit bei starkem Elektropolieren infolge der Erscheinung der Was­ serstoffkrankheit. Dadurch ist es nötig, zusätzlich ein Vakuumglühen zum Ausgasen des eingeschlossenen Wasserstoffs durchzuführen. Das zusätzliche Vakuumglühen nach dem Elektro­ polieren erhöht die Hohlraum-Herstellungskosten und hat es tatsächlich bisher verhindert, daß das Elektropolieren in der Industrie praktiziert wurde und eine weite Verbreitung gefun­ den hat. Trotzdem hat das Elektropolieren den großen Vorteil, daß die elektropolierten Hohlräume sogar bei hohen Gradienten hohe Q-Werte behalten, und übertrifft in diesem Leistungsmerkmal das chemische Polieren in hohem Maße ("Superiority of electropolishing over chemical polishing on high gradients", Particle Accelerators, Band 60 (1998), Seiten 193-217).

Um den erhöhten Anforderungen zur Verminderung und Einschrän­ kung der in der letzten Zeit stets zunehmenden Kosten für die Planung, den Bau und den Betrieb von Beschleunigern zu genügen und auch um der Nachfrage bezüglich der Herstellung von Hochleistungsbeschleunigern zu entsprechen, wurde es unerläßlich, sogenannte Hochleistungsbeschleunigungshohlräume zu produzieren, welche sogar bei hohen Gradienten konstant stabilisierte und hohe Q-Werte aufweisen. Für diesen Zweck ist es jetzt in noch höherem Maße unumgänglich, ein neues Verfahren zum Polieren von Oberflächen von Beschleuni­ gungshohlräumen zu entwickeln, die mit Niob, einem niobplatierten Material oder einer Nioblegierung gebildet worden sind.

Obwohl, wie oben erwähnt, das chemische Polieren eine höhere Poliergeschwindigkeit ergibt und deshalb von praktischem Nut­ zen ist, beinhaltet es die Schwierigkeit, daß es den super­ leitenden Beschleunigungshohlräumen keine beständig hohen Q- Werte bei hohen Gradienten verleiht. Andererseits ergibt das Elektropolieren sowohl hohe Q-Werte als auch hohe Gradienten, leidet aber unter der Einschränkung, daß nach dem Beenden des Elektropolierens, insbesondere des starken Elektropolierens, nachträglich zum Zweck des Ausgasens des eingeschlossenen Wasserstoffs ein Vakuumglühen durchgeführt werden muß. Ferner tritt bei den erhaltenen superleitenden Beschleunigungshohl­ räumen, die einmal dem Vakuumglühen unterworfen worden sind, immer das Problem auf, daß ihre Innenoberflächen durch in der umgebenden Atmosphäre vorhandene Stoffe kontaminiert sind. Dies erfordert ein Wiederholen des Elektropolierens während eines kurzen Zeitraums, der für ein Entfernen einer solchen Oberflächenkontamination ausreicht. Ungeachtet der hohen Leistungsfähigkeit bezüglich des Beschleunigens erfordert das Elektropolieren nicht nur die mühsamen, zeitaufwendigen Schritte des Vakuumglühens und der wiederholten Behandlung des zweiten Elektropolierens, sondern führt auch zu einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften des Niob­ materials nach dem Vakuumglühen. Alle diese Nachteile erwie­ sen sich als Faktor bei der Erhöhung der Herstellungskosten der Beschleunigungshohlräume.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren zum Polieren von Oberflächen bei der Herstellung von lei­ stungsfähigen superleitenden Beschleunigungshohlräumen, die bei erhöhten Gradienten hohe und stabile Q-Werte aufweisen, anzugeben, wobei die genannte Herstellung mit niedrigen Ko­ sten möglich sein soll. Das Verbessern der Leistungsfähigkeit eines Beschleunigungshohlraums befriedigt nicht nur das aka­ demische Bedürfnis, die Erforschung des Verhaltens geladener Teilchen in einem erhöhten Energiezustand zu erleichtern, sondern ermöglicht es auch, mit einer kleineren Anzahl von Beschleunigungshohlräumen ein hohes Energieniveau zu errei­ chen, wodurch dazu beigetragen wird, den Beschleuniger in seiner Gesamtabmessung kompakt zu machen. Dies führt zu dem großen wirtschaftlichen Vorteil, daß hinsichtlich der Planung, des Baus und des Betriebs von Beschleunigern beträchtliche Kosteneinsparungen realisierbar sind.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf folgende Gegen­ stände:

• a) Ein Verfahren zum Polieren einer Oberfläche eines super­ leitenden Beschleunigungshohlraums, der in einem metalli­ schen Hohlkörper ausgebildet ist, welcher an beiden Enden Öffnungen aufweist und mindestens an seiner Innenoberfläche aus einem niobhaltigen metallischen Material besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren eine schrittweise Kombination aus einer ersten Stufe des chemischen Polierens der Innenoberfläche des Hohlraums und einer nachfolgenden zweiten Stufe des Elektropolierens beinhaltet.
• b) Ein Verfahren gemäß dem Punkt a), dadurch gekennzeichnet, daß die Innenoberfläche des superleitenden Beschleuni­ gungshohlraums aus Niob, aus einer Nioblegierung oder aus mindestens einer Schicht aus Niob oder einem niobhaltigen Material und mindestens einer anderen Schicht aus einem anderen Metall besteht und daß die Dicke der niobhaltigen Schicht allein 0,2 bis 10 mm beträgt.
• c) Ein Verfahren gemäß Punkt a), dadurch gekennzeichnet, daß die Abtragungsdicke des niobhaltigen Materials durch das chemische Polieren im Bereich von etwa 50 bis 300 µm und die Abtragungsdicke durch das nachfolgende Elektropolieren im Bereich von etwa 5 bis 100 µm liegen.
• d) Verfahren zum Polieren einer Oberfläche eines superleiten­ den Beschleunigungshohlraums, der in einem metallischen Hohlkörper ausgebildet ist, welcher an beiden Enden Öffnungen aufweist und mindestens an seiner Innenoberfläche aus einem niobhaltigen Metall besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren das Polieren der Innenoberfläche des niobhaltigen Materials durch Hindurchströmen einer chemischen Polierlösung von einer Öffnung zur anderen beinhaltet, wobei die Achse des Hohlraums parallel zur Erdoberfläche ausgerichtet ist und sich der Hohlraum um seine Achse dreht, und nachfolgend ein Elektropolieren des Hohlraums mit einer Elektropolierlösung unter Einsatz von daran angeordneten Aluminiumelektroden umfaßt.

Im obigen Punkt b) ist die Nioblegierung eine Niob enthal­ tende Legierung, z. B. eine Legierung, die Niob und ein ande­ res Metall, wie Zinn, aufweist. Das andere Metall für die vorgenannten mehreren Schichten ist vorzugsweise Kupfer (Cu) oder Silber (Ag).

Die Erfindung wird durch die Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a eine Schnittansicht des Aufbaus einer ersten Ausführungsform eines Beschleunigungshohlraums, auf den das erfindungsgemäße Polierverfahren angewandt werden kann, für den Fall eines superleitenden 500 MHz-Beschleuni­ gungshohlraums (als Fünfzellenhohlraum);

Fig. 1b eine Schnittansicht des Aufbaus einer zweiten Ausführungsform eines Beschleunigungshohlraums ähnlich Fig. 1b, jedoch für den Fall eines superleitenden 3,1 GHz- Beschleunigungshohlraums (als Neunzellenhohlraum);

Fig. 2 eine graphische Darstellung, welche den Unter­ schied zwischen dem chemischen Polierverfahren und dem Elektropolierverfahren bezüglich der Menge an eingeschlosse­ nem Wasserstoff erläutert;

Fig. 3 eine graphische Darstellung einer typischen Kurve der Beziehung zwischen dem Q-Wert und dem Gradienten, womit die Leistungsfähigkeit des Beschleunigungshohlraums gezeigt wird, der einem mechanischen Polieren und anschließend einem Elektropolieren unterworfen worden ist, ohne und mit nachfolgendem Vakuumglühen;

Fig. 4 eine graphische Darstellung einer typischen Kurve der Beziehung zwischen dem Q-Wert und dem Gradienten, womit die Leistungsfähigkeit des Beschleunigungshohlraums gezeigt wird, der einem mechanischen Polieren und anschließend einem chemischen Polieren unterworfen worden ist, ohne und mit nachfolgendem Vakuumglühen;

Fig. 5 eine Seitenansicht einer Poliervorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Polieren der Oberfläche.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Beschleunigungshohlraums anzugeben, das in kürzerer Zeit durchführbar ist, bei dem der erhaltene Beschleunigungshohlraum eine hervorragende Leistungsfähigkeit aufweist, was das Erreichen hoher Q-Werte sogar bei einem hohen Gradienten bedeutet, und bei dem die Herstellungskosten vermindert sind.

Diese Aufgabe löst die Erfindung durch Verfahren, die in den Patentansprüchen 1 und 4 angegeben sind. Die Patentansprüche 2 und 3 beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens gemäß dem Patentanspruch 1.

Im vorliegenden Zusammenhang werden die Q-Werte bei 2°K be­ stimmt.

Im Vorfeld der Erfindung wurden ausführliche Untersuchungen hinsichtlich der möglichen Beziehung zwischen dem Zustand der Nioboberfläche und der Beschleunigungsleistung des Beschleu­ nigungshohlraums durchgeführt. Dabei wurde gefunden, daß eine mechanische Beanspruchung und verschiedene schadhafte Ober­ flächenschichten, welche auf die Metallbearbeitung im Rahmen der Herstellung der Beschleunigungshohlräume zurückzuführen sind, die Leistungsfähigkeit des Beschleunigungshohlraums deutlich beeinträchtigen können.

Ein Beschleunigungshohlraum stellt nämlich einen Aufbau aus einer Mehrzahl von zylindrischen Körpern dar, von denen jeder in der Mitte einen erweiterten Abschnitt aufweist, wie Fig. 1 zeigt. Wie aufgrund dieses Aufbaus verständlich ist, treten darin mechanische Beanspruchungen und verschiedene Fehler in den Oberflächenschichten auf. Diese reichen von beträchtli­ chen Spannungen in der Schicht, verursacht durch die Metall­ bearbeitung und entstanden während des Walzens einer Niob­ platte, bis zu Oberflächeneinschlüssen und Kratzern sowie Oberflächenrissen, die durch das nachfolgende Biegen zu Röh­ ren und das Tiefziehen zu einer halben Zelle herrühren. Ober­ flächenuntersuchungen mittels beispielsweise Elektronen­ probenmikroanalyse (Electron Probe Microanalysis, EPMA), Röntgenphotoelektronenspektroskopie (X-ray Photoelectron Spectroscopy, ESCA) und optischen Mikroskopen, verbunden mit einer Röntgenuntersuchung und einer Überprüfung des Auflösens beim Polieren haben ergeben, daß solche durch die Metallbearbeitung fehlerhaften Schichten im Innern des Niobmaterials 30 bis 200 µm tief von der Oberfläche aus existieren, wobei die Dicke derartiger fehlerhafter Schichten in Abhängigkeit von der Nachwirkung der Metallbearbeitung 30 bis 200 µm betragen. Es kann nun aus den Untersuchungen geschlossen werden, daß ein Abtragen solcher fehlerhafter Oberflächen die Leistungsfähigkeit des Be­ schleunigungshohlraums bezüglich des Q-Werts und des hohen Gradienten entscheidend beeinflußt.

Insbesondere bezüglich des Grundes, warum eine fehlerhafte Oberflächenschicht zu einer schlechteren Leistung des Be­ schleunigungshohlraums führt, der entweder einem chemischen Polierverfahren oder einem Elektropolierverfahren unterworfen worden ist, haben verschiedene Prüfungen gezeigt, daß eine solche Schicht bei dem Phänomen des Einschlusses von Wasser­ stoff während solcher Polierverfahren eine große Rolle spielt. Fig. 2 ist eine graphische Darstellung der einge­ schlossenen Wasserstoffmengen in Form der abgegebenen Wasser­ stoffgasmenge beim Erhitzen auf verschiedene Temperaturen, wie sie nach dem chemischen Polieren und dem Elektropolieren gefunden wurden. Dabei werden klar die Unterschiede in der Menge des eingeschlossenen Wasserstoffs aufgezeigt, wenn je­ weils die Dicke des Niob, die durch Polieren abgetragen wird, auf einem konstanten Wert von 90 µm gehalten wird.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß sich bezüglich der Menge an eingeschlossenem Wasserstoff das Elektropolieren deutlich vom chemischen Polieren unterscheidet. Es besteht die Auffassung, daß dies zum Unterschied in der Zeitdauer beiträgt, während der das Metall in die Polierlösung eingetaucht wird, d. h. zum Unterschied in der Poliergeschwindigkeit. Im Allgemeinen wurde bestätigt, daß das Entfernen von Niob durch chemisches Polieren um das 10- bis 20-fache oder das 10- bis 100-fache schneller verläuft als das Elektropolieren. Es wurde gefunden, daß diese Tatsache einer der Gründe ist, warum es notwendig ist, nach dem Elektropolieren ein Vakuumglühen durchzuführen.

Was die Fig. 3 und 4 betrifft, so wurden die folgenden Versu­ che durchgeführt. Der aus Niob hergestellte Beschleunigungs­ hohlraum wurde durch übliches Elektropolieren poliert, wobei 100 µm der Dicke entfernt wurden, und dann einem Vakuumglühen bei 700°C unterworfen. Der so vorbereitete Beschleunigungs­ hohlraum wurde im voraus überprüft, um seine Hohlraumlei­ stungsfähigkeit zu bestimmen, und dann künstlich an der In­ nenoberfläche mit Fehlern in der Oberflächenschicht versehen, und zwar durch mechanisches Polieren der Innenoberfläche des Hohlraums mit dem Schleifmaterial SiC, während der Hohlraum gedreht wurde. Der so behandelte Beschleunigungshohlraum wurde einem Elektropolieren oder einem chemischen Polieren unterworfen, um seine Oberfläche durch Entfernen von Niob beim Poliervorgang in der gewünschten Dicke von 20 µm zu glätten, wobei die restliche Dicke der fehlerhaften Oberflächenschicht intakt blieb (d. h., durch das Polieren nicht entfernt wurde). Anschließend wurde die Leistungsfähigkeit derart behandelter Hohlräume bestimmt. Die Werte der Leistungsfähigkeit sind in den Fig. 3 und 4 angegeben. Es wurde nun aufgrund der dortigen Versuchsergebnisse gefunden, daß entweder das chemische Polieren oder das Elektropolieren zu einer unbefriedigenden Leistungsfähigkeit des Hohlraums führt, wenn die durch das Polieren entfernte Menge nicht ausreichend oder angemessen groß ist (d. h. 20 µm in der Tiefe). Jedoch bewirkt eine entsprechende Nachbehandlung durch nachfolgendes Vakuum­ glühen, daß der Beschleunigungshohlraum die gute Leistungsfä­ higkeit erhält. Das bedeutet, daß das Ausgasen des einge­ schlossenen Wasserstoffs ein Wiedergewinnen der Leistungsfä­ higkeit des Hohlraums zur Folge hat.

Obwohl das vollständige Entfernen der fehlerhaften Oberflä­ chenschicht aus dem Niobmaterial die Möglichkeit bieten könnte, nur durch das Elektropolieren das Problem zu lösen, das sich aus dem Phänomen des Wasserstoffeinschlusses ergibt, so ist es doch in jedem Fall eine Tatsache, daß das Elektropolieren hinsichtlich seiner Geschwindigkeit beim Polieren und bei der Materialentfernung sehr langsam ist und den Nachteil mit sich bringt, daß eine verlängerte Polierzeit ihrerseits höhere Kosten verursacht.

Auf der Grundlage der obigen Erkenntnisse wurden bezüglich des Verfahrens ausgedehnte Untersuchungen durchgeführt, um mit verminderten Kosten einen Beschleunigungshohlraum zur Verfügung zu stellen, der eine verbesserte Beschleunigungs­ leistung aufweist. Als Ergebnis wurde dabei gefunden, daß ein zweistufiges Polierverfahren, bei dem ein chemisches Polieren und ein Elektropolieren in Kombination angewandt und ihre jeweiligen Vorteile miteinander kombiniert werden, nicht nur die Notwendigkeit völlig beseitigt, nach dem Polieren ein Vakuumglühen durchzuführen, sondern auch die Herstellung von Beschleunigungshohlräumen mit einem verbesserten Q-Wert und einem verbesserten Gradienten in einer kürzeren Zeit erlaubt.

Durch das Abtragen der schadhaften Oberflächenschicht durch chemisches Polieren, gefolgt von einem Elektropolieren, um dadurch die glatte Oberflächenbeschaffenheit des Beschleunigungshohlraums aus Niob oder einem mit Niob plattierten Metall herzustellen, kann nämlich ein Beschleunigungshohlraum mit hoher Leistungsfähigkeit in einem kürzeren Zeitraum erhalten werden, ohne ein Vakuumglühen oder ein zeitraubendes Elektropolieren während eines langen Zeitraums durchführen zu müssen. Dieses Verfahren kann als äußerst nützliches Polierverfahren betrachtet werden, und zwar im Hinblick auf sein Wesen als Herstellungsverfahren, sein Erfolg bei der Verkürzung der Produktionszeit und die Vermeidung einer verschlechterten mechanischen Festigkeit aufgrund des Vakuumglühens. Das neue Verfahren macht es unnötig, zusätzliches Material einzusetzen oder ergänzende Verfahrensschritte anzuwenden.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Durch­ führung der vorliegenden Erfindung beschrieben. Zuerst wird gemäß dem Stand der Technik ein Niobmaterial einem Walzen, Tiefziehen, Elektronenstrahlschweißen usw. unterworfen, um dadurch einen Beschleunigungshohlraum zu formen. Die In­ nenoberfläche des Hohlraums kann durch mechanische Bearbei­ tung zum Glätten entsprechend der bekannten Technik angepaßt oder vorbereitet werden. Zuerst wird die Oberflächenschicht durch chemisches Polieren um eine Dicke von etwa 50 bis 300 µ m abgetragen. Der Hauptgrund, warum die Dicke des Niobabtrags durch das chemische Polieren in diesem Größenbereich gewählt wird, liegt darin, daß die Tiefe der Oberflächenschicht auf­ grund des Herstellungsverfahrens des Hohlraums etwas vari­ iert.

Das chemische Polieren kann entweder durch Eintauchen des ge­ samten Hohlraums in eine Polierlösung oder durch Benutzen des Hohlraums als ein Gefäß und Einfüllen einer Polierlösung in das Gefäßinnere durchgeführt werden. Bei Untersuchungen mit der speziellen Zielsetzung, die gleichmäßigste Entfernung durch Auflösen des Materials an der Innenoberfläche des Hohl­ raums mittels der Polierlösung sicherzustellen, wurde gefun­ den, daß es am besten ist, das Polieren durch Hindurchströ­ menlassen einer temperaturgeregelten Polierlösung von einer Öffnung zur anderen durchzuführen, wobei die Achse des Hohl­ raums parallel zur Erdoberfläche ausgerichtet ist und der Hohlraum sich in Umfangsrichtung dreht. Dabei ist es bevorzugt, daß bei Vollständigkeit des Polierens der Hohlraum unmittelbar von der Polierlösung befreit, dann mit Wasser gewaschen und einem Elektropolieren unterworfen wird. Das Letztere geschieht mit einer eingeführten Aluminiumelektrode, die als Kathode dient, wobei der Hohlraum als Anode benutzt wird, und durch Hindurchfließenlassen einer Elektropolierlö­ sung von einer Öffnung zur anderen, wie es bei dem chemischen Polieren erfolgt, wodurch das Abtragen von Niob durch Auflösen bei dem Elektropoliervorgang vorzugsweise auf einen Bereich von etwa 5 bis 100 µm eingestellt wird.

Die mittlere Stromdichte für das Elektropolieren liegt im Allgemeinen bei 10 bis 100 mA/cm², vorzugsweise bei 30 bis 70 mA/cm².

Der Grund, warum das Elektropolieren im Anschluß an das che­ mische Polieren erfolgt, liegt darin, daß durch die geglät­ tete Nioboberfläche der restliche Oberflächenwiderstand ver­ mindert wird und dadurch ein erhöhter Q-Wert und ein verbes­ serter Gradient erreicht werden. Dementsprechend verursacht eine längere Polierzeit nicht nur eine Verkleinerung des Ab­ messung des Niobmaterials, sondern erhöht auch die Polierko­ sten. Andererseits ergibt sich bei einem Verkürzen der Po­ lierzeit das Problem, daß eine angemessene Verbesserung der Leistungsfähigkeit des Hohlraums nicht erreicht werden kann. Das vorgenannte erfindungsgemäße Verfahren ist frei von die­ sen Schwierigkeiten.

Beispiel

Ein 1300 MHz-Dreizellenhohlraum mit einer Dicke des Niob von 2,5 mm, einer Gesamtlänge des Hohlraums von 570 mm, einem Ma­ ximaldurchmesser des Hohlraums von 210 mm und einem Strahlen­ rohrdurchmesser von 80 mm wurde auf einer Plattform angeord­ net, die mit den Funktionen des Drehens und Umkehrens ausge­ rüstet war. Eine chemische Polierlösung, die jeweils aus 1 Volumenteil 89%ige Phosphorsäure, 67%ige Salpetersäure und 46%ige Fluorwasserstoffsäure bestand sowie auf einer Temperatur von 30°C gehalten wurde, ließ man kontinuierlich während 30 Minuten mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 120 ml/min durch den Hohlraum fließen (der beabsichtigte Ab­ trag der Dicke durch das chemische Polierern betrug 300 µm), wobei der Hohlraum mit einer Geschwindigkeit von 10 U/min rotierte. Dann wurde der Hohlraum unter weiterem Drehen von der Polierlösung rasch befreit sowie unter abwechselndem Wälzen und Umkehren mit reinem Wasser gewaschen. Nach dem Anbringen eines Elektrodenrohrs aus Aluminium wurde der Hohlraum in die horizontale Lage zurückgebracht. Dann folgte das Elektropolieren während 60 Minuten (der beabsichtigte Abtrag der Dicke durch Elektropolieren betrug 15 µm) mit einer mittleren Stromdichte von 50 mA/cm², während der Hohlraum mit einer Geschwindigkeit von 0,4 U/min rotierte und eine Elektropolierlösung mit einer Geschwindigkeit von 4 l/min hindurchströmte. Letztere bestand aus 85 Volumenteilen 98%ige Schwefelsäure und 10 Volumenteilen 46%ige Fluorwasserstoffsäure und wurde auf einer Temperatur von 30°C gehalten. Nachfolgend wurde der Hohlraum nacheinander mit reinem Wasser und ultrareinem Wasser gewaschen, wobei der Hohlraum abwechselnd gewälzt und umgedreht wurde. Die entfernte Gesamtdicke des Hohlraums durch Polieren wurde unter Verwendung einer Ultraschalldickenmeßvorrichtung mit durchschnittlich 310 µm gemessen. Als Ergebnis wurde ein Hochleistungsbeschleunigungshohlraum mit einem Q-Wert von 10¹⁰ bei 2°K und einem Gradienten von 35 MV/m erhalten.

Im obigen Beispiel hat die Angabe "%" die Bedeutung von "% Gewicht/Gewicht".

Für Vergleichszwecke wurde zur Herstellung ein Beschleu­ nigungshohlraum vorbereitet, und zwar durch Hindurch­ fließenlassen der chemischen Polierlösung allein während 32 min (der beabsichtigte Abtrag der Dicke durch Polieren lag bei 320 µm), gefolgt von einem Waschvorgang und der Messung der Leistungsfähigkeit des Hohlraums. Das Ergebnis war, daß der Q-Wert bei 10¹⁰ und der Gradient bei 25 MV/m lagen, was bedeutet, daß eine wesentlich schlechtere Beschleunigungs­ leistung erzielt wurde als im Fall der Erfindung.

In Fig. 5 ist die in der japanischen Patentanmeldung Hei 10- 160446 beschriebene Vorrichtung dargestellt, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird. Neben dem zu po­ lierenden, aus Metall hergestellten Hohlkörper 1 zeigt die Darstellung eine Plattform 2, einen Motor 3, eine Metallfalt­ vorrichtung 4 für den Hohlkörper 1, Hülsen 5a und 5b, eine Lösungszufuhrleitung 6, Enden 7a und 7b einer Kathode, Koh­ lenstoffbürsten 8a und 8b, Lösungsrückführleitungen 9a und 9b, eine Öffnung 10 zur Kontrolle des Innendrucks, eine Aus­ gangsöffnung 11, eine Lösungseintrittsöffnung 12, eine Po­ lierlösung 13, Stirnräder 14 und 15, eine Lösungsaus­ trittsöffnung 16 und einen Hydraulikzylinder 17. Ferner sind in Fig. 5 das Zentrum c der Drehbewegung der Vorrichtung, die Richtung R der Drehbewegung der Vorrichtung und die Lösungs­ austrittsrichtung d angegeben.

Gemäß der Erfindung, z. B. gemäß den Ausführungsformen der Pa­ tentansprüche 1 und 2, kann die durch die Metallverarbeitung beeinträchtigte Schicht oder die mit Fehlern behaftete Ober­ flächenschicht abgetragen und wirksam geglättet werden. Dabei wird der nachteilige Effekt des Einschlusses von Wasserstoff auf einem Minimum gehalten und die mechanische Festigkeit des Niobmaterials selbst nicht verschlechtert. Jedoch wird erfin­ dungsgemäß eine deutliche Verbesserung der Hochfrequenzbe­ schleunigungsleistung des Hohlraums erreicht. Ferner ist es durch die Erfindung, z. B. durch die Ausführungsform gemäß dem Patentanspruch 3, möglich, das Vakuumglühen nach dem Polieren wegzulassen. Auch führt die Erfindung, insbesondere die Aus­ führungsform gemäß dem Patentanspruch 4, zu einer Erleichte­ rung beim Polieren eines Beschleunigungshohlraums mit verbesserter Wirtschaftlichkeit, wobei das Polieren mit höherer Genauigkeit erfolgen und die Gestalt des Beschleunigungshohlraums voll genutzt werden kann.

Claims (4)

1. Verfahren zum Polieren einer Oberfläche eines superlei­ tenden Beschleunigungshohlraums, der in einem metalli­ schen Hohlkörper ausgebildet ist, welcher an beiden En­ den Öffnungen aufweist und bei dem mindestens die In­ nenoberfläche aus einem niobhaltigen Metall hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die Kom­ bination einer ersten Stufe eines chemischen Polierens der genannten Innenoberfläche und einer nachfolgenden zweiten Stufe eines Elektropolierens der Innenoberfläche umfaßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Beschleunigungshohlraum behandelt wird, dessen In­ nenoberfläche aus Niob, aus einer Nioblegierung oder aus mindestens einer Schicht aus Niob oder einem niobhaltigen Material und mindestens einer anderen Schicht aus einem anderen Metall besteht und daß die Dicke der niobhaltigen Schicht allein etwa 0,2 bis 10 mm beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Dickenabtrag des Niobmaterials durch das chemische Polieren im Bereich von etwa 50 bis 300 µm und der Dickenabtrag durch das nachfolgende Elektropolieren im Bereich von etwa 5 bis 100 µm liegen.

4. Verfahren zum Polieren einer Oberfläche eines superlei­ tenden Beschleunigungshohlraums, der in einem metalli­ schen Hohlkörper ausgebildet ist sowie an beiden Enden Öffnungen aufweist und bei dem mindestens die Innenober­ fläche aus einem niobhaltigen Metall hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Verfahren das Polie­ ren der Innenoberfläche des niobhaltigen Metalls durch Hindurchfließenlassen einer chemischen Polierlösung von einer Öffnung zur anderen erfolgt, wobei die Achse des Beschleunigungshohlraums parallel zur Erdoberfläche aus­ gerichtet ist und der Beschleunigungshohlraum um seine Achse rotiert, und nachfolgend unter Einsatz einer Elek­ tropolierlösung und von an dem Beschleunigungshohlraum angebrachten Aluminiumelektroden ein Elektropolieren des Hohlraums durchgeführt wird.