| Data: |
2025 |
| Resum: |
Aquesta tesi presenta una nova tècnica de recobriment amb superconductors d'alta temperatura (HTS) basada en la soldadura i delaminació de conductors recoberts comercials de tipus REBCO (CCs). Desenvolupada inicialment per reduir la impedància de acoblament del revestiment de feix per al Future Circular Collider (FCC), la metodologia també s'adreça a altres aplicacions en camps magnètics extrems com ara haloscopis d'axions per a la matèria fosca i sistemes de confinament magnètic per fusió (MCF). El procés es va optimitzar sistemàticament per aconseguir baixa resistència superficial, una adhesió forta i compatibilitat amb ultra-alt buit. Les mostres es van caracteritzar utilitzant ressonadors dielèctrics (DRs) fins a 9 T i 8 GHz, microscòpia Hall d'escaneig (SHPM) i pel·lícules sensibles a la pressió per quantificar la pressió de soldadura. Es va establir una correlació sòlida entre la microscòpia òptica, la SEM-EDX i la SHPM, cosa que permet la caracterització electromagnètica mitjançant una simple inspecció òptica dels substrats delaminats. Això agilitza i accelera considerablement el procés de prova. Es van identificar paràmetres crítics del procés de recobriment, com ara el gruix de la soldadura i una pressió de soldadura uniforme, essencials per evitar el despreniment del recobriment sota forces de Lorentz durant rampes de camp magnètic. L'obertura parcial de la beina de coure va millorar encara més la delaminació i la integritat del recobriment. La metodologia va demostrar millores substancials de rendiment en aplicacions clau: un increment de quatre vegades en el factor de qualitat a 11 T en el haloscopi d'axions RADES i una millora de deu vegades en proves de cavitats RF al Stanford Linear Accelerator Center (SLAC). A més, aquest treball va contribuir a la iniciativa FusionCAT mitjançant la col·laboració amb el Barcelona Supercomputing Center (BSC), on es va implementar i validar un mòdul de simulació en computació d'alt rendiment (HPC) per al comportament dels HTS. Es van dur a terme dues campanyes experimentals, una de mesures de camp atrapat després del refredament amb camp i una altra de pèrdues AC, que es van comparar amb els resultats de la simulació. Per donar suport a l'escalabilitat, es va desenvolupar equipament específic, incloent màquines de soldadura i delaminació reel-to-reel i una premsa vertical semiautomàtica. Aquests equips demostren la viabilitat de la implementació a escala industrial del procés. |
| Resum: |
Esta tesis presenta una nueva técnica de recubrimiento con superconductores de alta temperatura (HTS) basada en la soldadura y delaminación de conductores comerciales de tipo REBCO (CCs). Desarrollada inicialmente para reducir la impedancia de acoplamiento de la pantalla de haz para el Future Circular Collider (FCC), el método también está dirigido a otras aplicaciones en campos magnéticos extremos, como los haloscopios de axiones para la materia oscura y los sistemas de Fusión por Confinamiento Magnético (MCF). El proceso fue optimizado sistemáticamente para lograr una baja resistencia superficial, una adhesión fuerte y compatibilidad con ultra-alto vacío. Las muestras se caracterizaron utilizando resonadores dieléctricos (DRs) hasta 9 T y 8 GHz, microscopía de sonda Hall de barrido (SHPM) y películas sensibles a la presión para cuantificar la presión de soldadura. Se estableció una correlación robusta entre la microscopía óptica, SEM-EDX y SHPM, lo que permitió la caracterización electromagnética mediante una simple inspección óptica de los sustratos delaminados. Esto agiliza y acelera considerablemente el proceso de ensayo. Se identificaron parámetros críticos del proceso de recubrimiento, incluyendo el grosor de la soldadura y una presión de soldadura uniforme, esenciales para evitar el desprendimiento del recubrimiento bajo fuerzas de Lorentz durante rampas de campo magnético. La apertura parcial de la vaina de cobre mejoró aún más la delaminación y la integridad del recubrimiento. El método demostró mejoras sustanciales de rendimiento en aplicaciones clave: un aumento de cuatro veces en el factor de calidad a 11 T en el haloscopio de axiones RADES y una mejora de diez veces en pruebas de cavidades RF en el Stanford Linear Accelerator Center (SLAC). Además, este trabajo contribuyó a la iniciativa FusionCAT mediante la colaboración con el Barcelona Supercomputing Center (BSC), donde se implementó y validó un módulo de simulación en computación de alto rendimiento (HPC) para el comportamiento de los HTS. Se llevaron a cabo dos campañas experimentales: mediciones de campo atrapado tras enfriamiento en campo y mediciones de pérdidas AC, que se compararon con los resultados de simulación. Para respaldar la escalabilidad, se desarrolló equipamiento específico, incluidas máquinas de estañado y delaminación reel-to-reel, así como una prensa vertical semiautomática. Estas herramientas demuestran la viabilidad de una implementación a escala industrial del proceso. |
| Resum: |
This thesis presents a new High-Temperature Superconductor (HTS) coating technique based on soldering and delamination of commercial REBCO Coated Conductors (CCs). Developed initially to reduce beam screen coupling impedance for the Future Circular Collider (FCC), the method also targets other extreme magnetic field applications such as axion dark-matter haloscopes and Magnetically Confined Fusion (MCF) systems. The process was systematically optimized for low surface resistance, strong adhesion, and ultra-high vacuum compatibility. Samples were characterized using Dielectric Resonators (DRs) up to 9 T and 8 GHz, Scanning Hall-Probe Microscopy (SHPM), and pressure-sensitive films to quantify soldering pressure. A robust correlation between optical microscopy, SEM-EDX, and SHPM was established, allowing electromagnetic characterization through simple optical inspection of delaminated substrates. This significantly streamlines and accelerates the testing process. Critical parameters of the coating process were identified, including solder thickness and uniform soldering pressure, which were essential to avoid coating detachment under Lorentz forces during magnetic ramp-up. Partial opening of the copper sheath further improved delamination and coating integrity. The method demonstrated substantial performance improvements in key applications: a fourfold increase in the quality factor at 11 T in the RADES axion haloscope, and a tenfold enhancement in RF cavity tests at the Stanford Linear Accelerator Center (SLAC). Additionally, this work contributed to the FusionCAT initiative through collaboration with the Barcelona Supercomputing Center (BSC), where a high-performance computing (HPC) simulation module for HTS behavior was implemented and validated. Two experimental campaigns, trapped field measurements after in-field cooling and AC loss measurements, were conducted and compared with simulation results. To support scalability, dedicated equipment was developed, including reel-to-reel tinning and delamination machines as well as a semi-automated vertical press. These tools demonstrate the feasibility of industrial-scale implementation of the process. |
| Nota: |
Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Física |
| Drets: |
Aquest document està subjecte a una llicència d'ús Creative Commons. Es permet la reproducció total o parcial, la distribució, la comunicació pública de l'obra i la creació d'obres derivades, sempre i quan aquestes es distribueixin sota la mateixa llicència que regula l'obra original i es reconegui l'autoria.  |
| Llengua: |
Anglès |
| Col·lecció: |
Programa de Doctorat en Física |
| Document: |
Tesi doctoral ; Text ; Versió publicada |
| Matèria: |
Superconductor ;
REBCO ;
Supraconductor ;
Física d'Altes Energies ;
High Energy Physics ;
Física de Altas Energías ;
Physique des hautes énergie ;
Tecnologies |
visitant ::
identificació
