本发明涉及一种超导腔氮掺杂方法，属于超导技术领域。
背景技术：
超导腔是加速器中用来加速带电粒子的一种微波谐振腔。目前的超导腔都由金属铌制成，与常温腔相比，优势明显(加速梯度高、腔体损耗低、束流孔径大)，因此，世界上各大加速器装置现在普遍采用超导腔加速各种带电粒子(电子、质子、重离子……)。
衡量超导腔性能优劣的指标主要有两个：加速梯度eacc和表面电阻rs。rs与腔体的功耗成正比，rs越小，则超导腔的功耗越小(从而节省了低温制冷费用)，超导腔的性能也就越好。因此，自超导腔诞生之日起，人们就采用了各种方法来降低超导腔的表面电阻，例如：高压纯水冲洗、120度烘烤、洁净间组装等等。
随着相关技术的发展进步，目前，超导腔的表面电阻已经接近传统bcs超导理论的极限，很难继续降低。因此，需要采用一些新方法、新技术来进一步降低超导腔的表面电阻，从而减小超导腔的功耗。
技术实现要素：
针对现有方法中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种氮掺杂方法，本发明能够进一步降低超导腔的表面电阻，从而减小超导腔的功耗。
本发明的技术方案为：
一种超导腔氮掺杂方法，其步骤包括：
1)对超导腔的内表面进行缓冲化学抛光；然后清洗超导腔内表面、晾干；
2)将步骤1)处理后的所述超导腔放入真空炉中进行加热，加热至设定温度后，在该设定温度和压力对真空炉进行除氢处理；
3)除氢处理结束后，将真空炉的抽气阀门关闭，注入高纯氮气且真空炉内压力保持在2～4pa，将氮掺入超导腔表面；
4)氮气注入结束后，对真空炉进行除氮气处理；
5)除氮气处理结束后，对真空腔保温设定时间，完成超导腔的氮掺杂。
进一步的，用酸液对超导腔的内表面进行缓冲化学抛光；其中，所述酸液包括浓度为48％的hf、浓度为69％的hno3和浓度为84％的h3po4，且hf：hno3：h3po4的体积比为1:1:2；抛光结束后，要将超导腔灌满纯水洗去残留酸液，直至超导腔内纯水ph值大于6。
进一步的，用酸液对超导腔的内表面进行缓冲化学抛光时，所述酸液的流速小于18升/分钟，抛光时间为25～35分钟。
进一步的，清洗超导腔内表面的方法为：在洁净间对超导腔进行高压纯水喷淋，时间30分钟以上，晾干时间不小于10小时。
进一步的，所述步骤1)中，首先将超导腔放入超声清洗池进行清洗，再用纯水将超导腔内、外均冲洗干净、晾干；然后对超导腔的内表面进行缓冲化学抛光；然后清洗超导腔内表面、晾干。
进一步的，将超导腔整体放入超声清洗池超声30～40分钟；其中，将超声清洗池的水温为50度，且加入超声清洗液。
进一步的，所述步骤2)中，超导腔放入真空炉开始加热后，控制真空炉的温升速率不能超过5度/分钟，压力小于1e-3pa。
进一步的，所述高纯氮气的纯度>99.9997％。
进一步的，所述真空炉配备有低温泵。
进一步的，所述步骤2)中，所述设定温度为800度，在800度、压力小于1e-3pa，保温3小时对真空炉进行除氢处理。
进一步的，所述超导腔为内、外表面均光滑、平整、洁净的超导腔。
与现有技术相比，本发明的积极效果
本发明能够降低超导腔的表面电阻rs，从而降低超导腔的功耗，节省低温制冷的造价和运行费用。
本发明先对两只650mhz超导腔(氮掺杂前)进行了2.0k下的测试，rs和eacc的测试曲线如图1所示。
之后，本发明又对这两只腔进行了氮掺杂后的测试(2.0k)，测试结果与氮掺杂前做了对比，如图1所示。
从图1可以看出，氮掺杂后，两只650mhz超导腔的表面电阻rs都显著降低：1#腔从4.1～4.7nω下降到3.4～3.7nω；2#腔从5.2～5.8nω下降到4.0～4.2nω。可见，本项发明(一种超导腔氮掺杂技术)的确降低了超导腔的表面电阻。
附图说明
图1为650mhz超导腔测试结果对比(氮掺杂前、后)；
图2为本发明方法流程图；
图3为超导腔氮掺杂过程中温度、压力的变化图。
具体实施方式
为了更好的阐述本发明的技术方案，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的详细描述。
本发明的流程如图2所示，下面结合图2对这种超导腔的氮掺杂技术做详细介绍。
一、超导腔在进行氮掺杂之前，为了去除超导腔表面(主要是内表面)的缺陷(坑洼、凸起、污染)，必须对内、外表面进行预先处理，大致流程如下：
1，进行外观检查，超导腔内、外表面必须光滑、平整、洁净，内表面焊缝打磨至无明显不平整。
2，刷洗超导腔外表面后，将超导腔整体放入超声清洗池超声30～40分钟(水温50度，加超声清洗液去油)，再用纯水将超导腔内、外均冲洗干净，晾干5～10小时。
3，对超导腔的内表面进行缓冲化学抛光。抛光用的酸液hf(48％)：hno3(69％)：h3po4(84％)的体积比为1:1:2，酸液的流速小于18升/分钟，抛光时间约30分钟(超导腔抛光前、后，分别进行超声测厚)。抛光结束后，要将超导腔灌满纯水洗去残留酸液，反复多次，直至ph值大于6。
4，在洁净间对超导腔进行高压纯水喷淋(清洗超导腔内表面)，时间30分钟以上，晾干时间不小于10小时。
二、超导腔的氮掺杂，本项发明采取“高温烘烤”的方法，具体如下：
1，超导腔的氮掺杂在真空炉中完成，真空炉必须配备低温泵、非常洁净、全无油(oilfree)。本发明经过多次实验发现：如果真空炉没有配低温泵，超导腔氮掺杂的效果都不好。真空炉启动后，低温泵会一直工作。
2，超导腔放入真空炉开始加热后，真空炉的温升速率不能超过5度/分钟，压力小于1e-3pa；加热至800度，保温3小时，进行去气(主要是除氢)，压力小于1e-3pa；将真空炉的抽气阀门关闭，注入高纯氮气(纯度>99.9997％)2分钟，真空炉内压力保持在2～4pa，将氮掺入超导腔表面；停止氮气注入，将真空炉的抽气阀门打开以抽尽残余氮气，保温7分钟，以利于超导腔对氮的吸收；开始降温(自然冷却)，至50度以下，开启炉门，氮掺杂完成。超导腔氮掺杂整个过程中对应的温度、压力曲线如图3所示。
三、超导腔完成氮掺杂、从真空炉中取出后，应该立即运至洁净间存放(不低于千级)，无需进行任何处理，以避免污染。此外，由于缓冲化学抛光无法精确控制抛光厚度，因此氮掺杂后的超导腔不能再进行任何缓冲化学抛光处理。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。