经过半个世纪的发展，射频超导技术已经在加速器领域得到广泛的应用。由于超导加速器具有高品质因数以及可以运行在连续波与长脉冲模式下的特点，因此它在很多大科学装置上有着重要的应用。超导加速器的核心部件是超导加速腔。它的性能的提高对于降低超导加速器的建设成本和运行费用具有重要意义，所以各个相关的研究单位一直在致力于提高超导加速腔的加速梯度和品质因数。目前超导加速腔的射频性能已经接近纯铌的材料极限。提高超导加速腔性能的其中一个方向是在超导材料方面进行改进，例如大晶粒铌材的采用，MgB2、Nb3Sn、NbN等新材料的尝试。最近，一个新的思路正在逐渐引起大家的重视，即对铌材进行掺杂改性。　　本论文工作首次在国际上独立提出了通过在铌材中掺入非磁性杂质提高超导加速腔性能的思路，有望突破纯铌材料对超导加速腔性能的限制。本论文叙述了北京大学于2011年起率先开展的理论和实验研究工作，自主研发了无磁金属杂质的掺杂方法和工艺路线。冶炼掺杂方法可用于工业大批量制造掺杂超导腔。同时也在尝试离子注入等其它掺杂方式，以寻找潜在的更优掺杂方法。　　论文首先探讨了杂质在超导材料中的作用机理。在第二类超导体中，少量的无磁杂质缺陷并不会改变超导转变温度。同时，杂质缺陷能增加穿透深度，提高Ginzburg-Landau参数，阻碍磁通进入超导体内部，影响材料的磁滞回线，从而提高第二类超导体的下临界磁场和上临界磁场。文中还对杂质减少电子平均自由程，进而影响下临界磁场和BCS表面电阻给予证明。由此说明少量的无磁杂质可以提高第二类超导体的下临界磁场，降低表面电阻，从而能够提高超导加速腔的加速梯度和品质因数。　　本论文叙述了多批次不同杂质元素不同成分的掺杂铌材样品和大尺寸掺钪铌锭的冶炼制备与测试。通过低温超导性能的测试，验证了少量无磁杂质确实不会改变超导转变温度，同时提高了超导材料的下临界磁场和上临界磁场。随后，用大尺寸铌材样品测试了RRR值和机械性能，证明掺杂铌材满足超导加速腔加工对铌材的机械性能的要求。　　本论文叙述了世界上第一只采用掺杂材料的超导加速腔的研制情况，并研究了在电子束焊接过程中的杂质缺失问题和解决办法。掺钪超导加速腔进行了两次低温测试，其品质因数达到很高的水平。这纠正了传统的认为铌材中的无磁杂质会破坏超导加速腔性能的观点，并且证明了大尺寸掺杂铌锭的制备和掺杂超导腔的研制在技术上是可行的。由于这是首次进行掺杂超导腔的研制，掺钪铌材有纯度不高和晶体分布不均匀的问题，掺钪超导腔在美国杰弗逊实验室焊接时赤道焊缝上出现了漏洞，影响了掺钪超导腔的性能测试。然而，铌材掺杂依然是一个值得深入研究的有可能提高超导加速腔性能的方向。许多细致的工作，如掺杂元素的选择、掺杂比例的优化、掺杂方式的比较等，仍有待研究。　　此外，本论文还叙述了离子注入掺杂样品的研制和测试情况。尝试寻找合适的杂质种类和含量可控、制备工艺可行的掺杂方式。