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北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCⅡ)是一台双环高亮度正负电子对撞机和兼容模式下的同步辐射光源。BEPCⅡ的设计亮度是BEPC的百倍，为美国康奈尔大学同能区对撞机CESR的3-7倍(现已关闭)，也是国际上t-粲能区亮度最高的装置，具有很强的国际竞争力，能确保我国在此领域的优势地位。作为同步辐射辐射光源，每年将向上百个用户单位开放，开展多学科应用基础研究。因此必须确保加速器的可靠性和稳定运行。BEPCⅡ为实现BEPCⅡ加速器高流强，高亮度的性能指标，BEPCⅡ高频系统采用了超导高频技术，工作频率为500 MHz，正负电子环各安装一只。两只超导腔的主体设备由日本三菱电机公司制造，高能所负责部分工作，包括改频设计，周边设备，部件的测试，最后的整体组装等，日本高能加速器研究机构(KEK)提供了超导腔的性能测试的基础设施和技术指导。目前这两台超导腔运行良好。限于经费原因，BEPCⅡ并没有备用超导腔，一旦任一腔出现不可短期修复的故障，将影响BEPCⅡ对撞模式的运行。所以BEPCⅡ建设完成以后，我们开始着手备用腔的研究。
本研究经多方论证，我们采用旋压加工技术来成形超导腔各子部件，包括两个半腔、大小束管以及耦合器支管，然后通过电子束焊接完成各个子部件之间的连接。超导腔的性能主要就取决于材料表面几十个纳米薄层的状况，表面处理是保证超导腔性能的关键，是加工制造超导腔最重要部分。我们采用了手工抛光、缓冲化学抛光、超声波清洗、高压水清洗、除氢退火等工艺来保证超导腔内表面的品质。加工并表面处理完成后的腔需要经过垂直测试来检验其性能，合格方能和恒温器组装，高能所超导实验室建立了一套500MHz超导高频腔的垂直测试系统并成功对我们研制的500MHz超导腔进行了垂直测试。本文第一章介绍了超导腔基础知识和国内外动态；第二章对影响超导腔加速梯度和品质因数提高的各种原因作了深刻的分析；第三章对超导腔加工制造及后处理、降温过程中频率的变化进行了仿真计算；第四章对超导腔的旋压和电子束焊接工艺进行了深入的研究；第五章对超导腔的后处理进行了研究；第六章对该腔进行了垂直测试；第七章总结了本文并对本课题后续研究方向进行了展望。500MHz超导高频腔及低温恒温器在国际上只有一两家大公司可以承制，其主体设备的设计和加工制造在国内尚无太多经验，通过本课题的研究也带动了国内相关行业高技术的发展。