DE3812660C2 - - Google Patents
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P11/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing waveguides or resonators, lines, or other devices of the waveguide type
- H01P11/008—Manufacturing resonators
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P7/00—Resonators of the waveguide type
- H01P7/06—Cavity resonators
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- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
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- H05H7/18—Cavities; Resonators
- H05H7/20—Cavities; Resonators with superconductive walls
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Description
Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und umfaßt
nach diesem Verfahren hergestellte Hochfrequenz-Resonatoren.
Hochfrequenz-Resonatoren für
Beschleuniger werden bevorzugt aus reinem Niob hergestellt,
weil dieses bei entsprechender Temperatur supraleitend ist. Die
Wärmeleitfähigkeit von Niob bei diesen Temperaturen ist
allerdings so schlecht, daß Hochfrequenz-Resonatoren aus Niob
möglichst dünnwandig hergestellt und mit einer ausreichenden
Helium-Kühlung ausgestattet werden müssen. Ihre Anordnung in
einem mit flüssigem Helium gefüllten Behälter ist nicht nur
sehr aufwendig beim Bau und im Betrieb, sie hat auch den
Nachteil, daß durch unvermeidliche Druckschwankungen im
Helium-Bad die Wand des Resonators elastisch verformt und damit
seine Resonanzfrequenz verändert werden kann. Die Anforderungen
an einen Niob-Resonator als Teil eines Druckbehälters stehen im
Gegensatz zu dem oben erwähnten Wunsch nach möglichst dünner
Wandstärke. Eine gut wärmeleitende Verbindung von Niob mit
anderen Metallen ist wegen der auf Niob vorhandenen
Oxyd-Schicht schwierig und verschlechtert bei den bei der
Herstellung bisher üblichen Temperaturen die Wärmeleitfähigkeit
des Niob bei tiefen Temperaturen.
In den IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. NS-30, No. 4,
August 1983 "SUPERCONDUCTING CAVITIES FROM NIOBIUM-COPPER
MATERIAL" wird vorgeschlagen, Niob-Resonatoren mit flüssigem
Helium in Kupfer-Rohren zu kühlen. Dort werden auch
Niob-Kupfermaterialien von guter Verbindungsqualität erwähnt,
aber nicht näher beschrieben. Beispielsweise sollen die Rohre
direkt auf einen Niob-Resonator aufgelötet werden. Auch das
heiß-isostatische Pressen von Kupfer- und Niob-Blechen unter
Inertgas und bei Temperaturen bis 1000°C werden erwähnt. Diese
heiß gepreßten Komposit-Bleche sollen auf die gewünschte Dicke
gewalzt und anschließend im Vakuum geglüht werden. Weiterhin
wird dort auch vorgeschlagen, Kupfer bei etwa 1100°C im Vakuum
auf Niob-Bleche aufzuschmelzen, wobei die auf dem Niob-Blech
normalerweise vorhandene Oxyd-Schicht verschwinden soll. Auch
das Elektroplattieren nach dem Aufschmelzen einer dünnen
Kupfer-Schicht auf dem Niob wird erwähnt, sowie die
Möglichkeit, plattierte Bleche miteinander zu verschweißen.
Weitere Entwicklungen in bezug auf die Schweißtechnik und auch
in bezug auf Verformungstechniken ohne Schweißen werden aber
als sehr nützlich bezeichnet. Die Verformung von plattierten
Niob-Blechen ist noch ein Problem.
In der Fachzeitschrift "GALVANO-TECHNIK", Band 78 (1987) im
Heft 4 wird unter der Überschrift "Kupfergalvanoformung für
Hochleistungswärmetauscher" von W. Szcepaniak ausführlich über
die Galvanoformung von rohrförmigen Kühlkanälen aus Kupfer
berichtet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein supraleitfähiger
Hochfrequenz-Resonator aus Niob, der zu Kühlzwecken mit einem
Kühlmantel aus einem anderen Metall umgeben ist, sowie ein
Verfahren zur Herstellung.
Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens mit den in Anspruch 1 angegebenen Schritten
und bezüglich des Resonators mit den in Anspruch 5 angegebenen Merkmalen gelöst.
Als "anderes Metall" zur Herstellung des Kühlmantels im Wege der Galvanoformung kommt insbesondere Kupfer in Frage;
weiterhin sind anstelle des Kupfers Nickel und Aluminium
denkbar.
Ausgestaltungen dieses Herstellungsverfahrens
sind in den Ansprüchen 2-4 angegeben.
Mit diesen Verfahren
wird ein Hochfrequenz-Resonator aus Niob mit einem gut
kühlbaren Mantel hergestellt, bei dem eine einwandfreie
Verbindung zwischen Niob und Kühlmantel gewährleistet ist und
dennoch die Verformung von plattierten Niob-Blechen vermieden
wird. Bis auf die normalerweise mit Elektronenstrahl
geschweißten Verbindungen zwischen Resonatoren, Strahlrohren
und Niob-Ringen, die technisch keine besonderen Schwierigkeiten
bereiten, kann das ganze Herstellungsverfahren im kalten
Zustand durchgeführt werden, so daß die inzwischen erreichbaren
guten Wärmeleiteigenschaften des Niobs weder durch hohe
Temperaturen noch durch interstitielle Sauerstoffaufnahme
verändert werden.
Die Ansprüche 6 und 7 sind auf vorteilhafte Ausgestaltungen
des Gegenstandes von Anspruch 5 gerichtet.
Ein Ausführungsbeispiel wird anhand der Zeichnung näher
erläutert.
Die Figur zeigt einen erfindungsgemäß hergestellten
Hochfrequenz-Resonator, und zwar in der linken Hälfte als
Längsschnitt und in der rechten Hälfte als Ansicht. Der
eigentliche Hochfrequenz-Resonator 1 besteht im Beispiel nur
aus einem rotationssymmetrischen Hohlkörper, der aus zwei
Schalen 2 von S-förmigem Längsschnitt und zwei koaxialen
Strahlrohren 3 mit Flanschen 4 mittels Elektronenstrahl
zusammengeschweißt ist. Außerdem tragen die Strahlrohre 3
jeweils einen Niob-Ring 5 mit einer Kupferplattierung 6, an die
ein Kühlmantel 7 angeschlossen ist, der den ganzen Resonator 1
zwischen den beiden Ringen 5 mit etwa gleichbleibendem,
geringem Abstand umgibt. An diesem Kühlmantel 7 sind
Abstandshalter 8 befestigt, die auf dem Niob nur aufliegen und
die auch als Leitflächen für ein Kühlmedium ausgestaltet sein
können. Am jeweils tiefsten und höchsten Punkt des Kühlmantels 7
(bei waagerechter Achse) ist ein Zuflußstutzen 9 und ein
Abflußstutzen 10 vorhanden, die jeweils aus Edelstahl bestehen
und mit dem Kühlmantel 7 metallurgisch verbunden sind. Der
Kühlmantel 7 wird hergestellt, indem auf den
Resonator 1 zwischen den Ringen 5 eine Wachsschicht 11
aufgetragen wird, die in an sich bekannter Weise elektrisch
leitend beschichtet und galvanisch verkupfert wird. Diese
Verkupferung schließt sich nahtlos an die Kupferplattierung 6
der Ringe 5 sowie an die Abstandshalter 8 und die beiden
Stutzen 9 und 10 an. Die Wachsschicht 11 kann eine Dicke von
ca. 4 mm haben, während für die aufzutragende Kupferschicht des
Kühlmantels 7 bei einem Durchmesser des Resonators 1 von 750 mm
eine Dicke von 3 mm ausreichend erscheint. Zum Ausschmelzen der
Wachsschicht 11 erscheint eine Temperatur von ca. 100°C
ausreichend, bei der keine Änderung der Niob-Eigenschaften zu
erwarten sind. Selbstverständlich können gemäß der vorliegenden
Erfindung auch Resonatoren aus mehreren Hohlkörpern verwendet
werden. Auch die Verwendung anderer Metalle wie Nickel oder
Aluminium anstatt Kupfer erscheint möglich.
Bezugszeichenliste
1 Hochfrequenz-Resonator
2 Schalen
3 koaxiale Strahlrohre
4 Flansche
5 Niob-Ring
6 Kupferplattierung
7 Kühlmantel
8 Abstandshalter
9 Zuflußstutzen
10 Abflußstutzen
11 Wachsschicht
2 Schalen
3 koaxiale Strahlrohre
4 Flansche
5 Niob-Ring
6 Kupferplattierung
7 Kühlmantel
8 Abstandshalter
9 Zuflußstutzen
10 Abflußstutzen
11 Wachsschicht
Claims (7)
1. Verfahren zum Herstellen eines mit einem Kühlmantel (7)
versehenen Hochfrequenz-Resonators (1),
der zumindest einen aus Niob bestehenden Hohlkörper
und gleichfalls aus Niob bestehende, koaxiale Strahlrohre (3)
aufweist und dessen Kühlmantel (7) aus einem anderen Metall
besteht, gekennzeichnet durch folgende
Verfahrensschritte:
- a) auf jedes Strahlrohr (3) wird ein aus Niob bestehender und außenseitig mit einer Plattierung (6) aus dem anderen Metall versehener Ring (5) aufgeschweißt;
- b) auf den Resonator (1) und die Strahlrohre (3) wird zwischen den Ringen (5) eine Wachsschicht (11) aufgetragen,
- c) die Wachsschicht (11) wird stromleitend beschichtet;
- d) auf die Wachsschicht (11) und die Plattierungen (6) wird als Kühlmantel (7) galvanisch eine Schicht aus dem anderen Metall aufgetragen;
- e) die Wachsschicht (11) wird entfernt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem vor dem galvanischen
Auftragen des Kühlmantels (7) Abstandshalter (8) und/oder
Leitflächen für das Kühlmittel in die Wachsschicht (11)
eingebracht und beim Aufbringen des Kühlmantels (7) galvanisch
mit diesem verbunden werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem vor dem Aufbringen
des Kühlmantels (7) der Zuflußstutzen (9) und Abflußstutzen (10)
für das Kühlmittel auf die Wachsschicht (11) aufgebracht und
beim Aufbringen des Kühlmantels (7) galvanisch mit diesem
verbunden werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem nach dem Entfernen
der Wachsschicht (11) der Kühlmantel (7) mit Zuflußstutzen (9)
und Abflußstutzen (10) versehen wird.
5. Supraleitfähiger Hochfrequenz-Resonator (1) mit zumindest
einem Hohlkörper und koaxialen Strahlrohren (3) aus Niob sowie
einem Kühlmantel (7) aus einem anderen Metall, dadurch
gekennzeichnet, daß jedes Strahlrohr (3) einen
aus Niob bestehenden Ring (5) trägt und diese Ringe mit dem den
Resonator (1) mit geringem Abstand umgebenden Kühlmantel (7)
galvanisch verbunden sind.
6. Hochfrequenz-Resonator (1) nach Anspruch 5, bei dem der
Kühlmantel (7) Abstandshalter (8) und/oder Leitflächen für das
Kühlmittel trägt, die
zwischen dem Resonator (1) und dem Kühlmantel (7) angeordnet
sind.
7. Hochfrequenz-Resonator nach Anspruch 5 oder 6, bei dem der
Kühlmantel (7) Zuflußstutzen (9) und Abflußstutzen (10) für das
Kühlmittel trägt und bei dem die Zuflußstutzen (9) und Abflußstutzen
(10) galvanisch mit dem Kühlmantel (7) verbunden sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19883812660 DE3812660A1 (de) | 1988-04-15 | 1988-04-15 | Hochfrequenz-resonator mit kuehlmantel und verfahren zur herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19883812660 DE3812660A1 (de) | 1988-04-15 | 1988-04-15 | Hochfrequenz-resonator mit kuehlmantel und verfahren zur herstellung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3812660A1 DE3812660A1 (de) | 1989-11-02 |
DE3812660C2 true DE3812660C2 (de) | 1993-06-24 |
Family
ID=6352099
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19883812660 Granted DE3812660A1 (de) | 1988-04-15 | 1988-04-15 | Hochfrequenz-resonator mit kuehlmantel und verfahren zur herstellung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3812660A1 (de) |
Families Citing this family (2)
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Family Cites Families (8)
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-
1988
- 1988-04-15 DE DE19883812660 patent/DE3812660A1/de active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE3812660A1 (de) | 1989-11-02 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: SIEMENS AG, 8000 MUENCHEN, DE |
|
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |