Surface Preparation of superconductingcavities and industrial ProductionExperience
Dietrich Bloess
International Workshop on Thin Films applied to superconducting RF, and new ideaspushing the Limits of RF Superconductivity
Legnaro, Italy 9. - 12. October 2006
For the LEP storage rings the accelerating Cavities
had to be superconducting:
Power consumption for normal conducting
 cavities would have been 300 MW
 power consumption of superconducting
 cavities: 60 MW
The large number of copper cavities and their
 special form would have made the stored beam
 unstable by their transvers impedance
therefore:
Superconducting cavities
but which technology?
  Bulk niobium cavities was a technology already
   done elsewhere, however, 50 tons of high purity
   niobium would have been needed.
   The price of niobium would have increased the
   cavity cost by 30%
  Niobium sputtered on copper was an unknown
   technology
therefore:
CERN developed and produced in industry 32 bulk
niobium cavities
and in parallel
developed Nb/Cu technology and
had 256 Nb/Cu-cavities produced by three
different firms
Nb/Cu-cavities are of course cheaper, however,
more difficult to produce:
  EB-welding is delicate because of the high thermal
   conductivity more power than for bulk Nb is
   needed:
 
     problems with thermal deformation,
     holes in the weld,
     porosities due to very fast cooldown of vortices
     in the liquid copper, and due to impurities on
     the surface
  Great care has to be taken to produce a smooth
   and clean surface without holes and inclusions:
  Electrochemical polishing(EP)  60 m
  Inspection and carefull grinding
  EP  60 m
  Inspection and if necessary another correction
  EB-welding
  Inspection and grinding of welding beads
  Chemical polishing (CP) 20-25 m
  Rinsing with high purity water in clean room
  Drying with reagent grade ethanol in clean room
After sputtering:
very thorough cleaning by spraying with high purity
demineralised water, preferably at high pressure,
in front of a laminar flow unit of class 100
assembly in a clean room of class 100 with protective
clothing. The operators have to be trained in clean
room work!
How was this technology transfered to industry?
A working relationship of mutual trust is most important
 Nothing should be hidden. (not easy to achieve)
The firms had full access to everybody in the lab working
 on the project.
One senior technician was responsible for the relation with
  one firm. He had free access to everybody in the firm
  working on the project
Regular meetings were held at CERN or at the Firms
 at least once per month
continued:
Extensive log keeping (full traceability of materials and
 all operations).
Good access to diagnostic tools ( SEM, particle counters,
 telescopes for in situ surface evaluation, chemical analysis,
 fast SRF measurements)
To have had more than one firm did help
And, of course, we had to know each step of the
 production process at CERN
Results:
Overall production efficiency was about 80%
Non of the cavities were lost during all years of operation
No magnetic shielding was needed for Nb/Cu-cavities
The Nb/Cu-cavities did not quench
All cavities operated between 9 and 10 MV/m
The Q0 was better than  3*10 9