A Study of Beam Position Diagnostics with Beam-excited Dipole Higher Order Modes using a Downconverter Test Electronics in Third Harmonic 3.9 GHz Superconducting Accelerating Cavities at FLASH
加速腔中束流激发的高阶模（HOM）包含了束流横向位置信息。以前的研究已经缩小了三个模式的选择，在第三谐波3.9 GHz的腔在FLASH的光束位置诊断。发现束管中约4.1 GHz和第五腔偶极带中约9 GHz的局部模式，可以提供束位置的局部测量。相比之下，在4.2和5.5 GHz之间的第一和第二偶极频带中的传播模式可以达到更好的分辨率。所有的选择都是用费米实验室专门设计的测试电子设备进行评估的。目的是定义适合于HOM电子器件的模式或光谱区域。两个数据分析技术用于提取波束位置信息的偶极子HOM：直接线性回归和奇异值分解进行了比较。目前的实验表明，使用第五偶极带模式预测局部束流位置的分辨率为50 μm，整个模块的全局分辨率为20 μm。基于这些结果，我们决定为第二偶极带和第五偶极带构建HOM电子器件，以便我们可以对整个模块进行高分辨率测量，并对单个腔进行局部测量。原型电子器件正在由费米实验室制造，并计划于2012年底在Flash中进行测试。
2012-08-10 physics.acc-ph
HOM Choice Study with Test Electronics for use as Beam Position Diagnostics in 3.9 GHz Accelerating Cavities in FLASH
在FLASH中的3.9 GHz加速腔中由光束激发的高阶模（HOM）可用于光束位置诊断，如在腔光束位置监测器中。在复杂的频谱内的模式选择的先前的研究已经揭示了几个选项：腔模式与光束的强耦合，因此具有更好的位置分辨率的潜力，但在所有4个腔中传播，和模式定位在腔或束管，这可以给本地化的位置信息，但提供较差的分辨率。为了更好地表征这些选项，已经建立了一套测试电子设备，可以将大约4和9 GHz之间的各种频率下变频到70 MHz。各种20 MHz频段的性能进行了估计。对某些传播模式的最佳分辨率为20 μm。根据这项研究，一个乐队在ca。选择5 GHz用于高分辨率位置监测，并选择约1.5 GHz的频带。9 GHz用于本地监控。
2012-10-14 physics.acc-ph
Status of Higher Order Mode Beam Position Monitors in 3.9 GHz Superconducting Accelerating Cavities at FLASH
高次模（HOM）束流位置监测器（BPM）正在开发的3.9 GHz的三次谐波超导加速腔在FLASH。可以利用基于偶极分量的束激励HOM来确定腔中的横向束位置。用于HOM抑制的现有耦合器提供必要的信号。诊断原理类似于腔BPM，但在直线加速器上不需要额外的真空仪器。3.9 GHz腔体的HOM-BPM的挑战在于由低温模块ACC 39中的四个腔体中的大多数HOM的耦合引起的密集HOM频谱。使用频谱分析仪和具有各种数据分析技术的定制测试电子设备对具有特别有前途的诊断功能的HOM进行了评估，重点是数据简化。选择5GHz范围内的多腔模式，以提供整个模块上的全局位置，具有优异的分辨率（~20 μ m）而在9 GHz区域中的捕获模式提供了具有可比分辨率（~50 μ m）的每个腔中的局部位置。一个类似的HOM-BPM系统已计划用于欧洲XFEL 3.9 GHz模块，其中包括八个腔。本文综述了FLASH中3.9GHz腔HOM-BPM的研究现状和发展前景。
2013-05-22 physics.acc-ph
Latest Results on Cavity Gradient and Input RF Stability at FLASH/TTF Facility
DESY的FLASH L波段（1.3 GHz）超导加速器设施有一个低电平RF（LLRF）系统，类似于ILC的设想。该系统具有广泛的监测能力，用于收集与ILC有关的性能数据。最近，记录了三个8腔低温模块在射束开启和关闭时的波形数据，以评估输入RF和腔梯度稳定性，并研究在800μ \s脉冲期间实现恒定梯度所需的RF开销。在本文中，我们提出了最近的实验结果，并讨论了脉冲到脉冲的输入射频和腔梯度的稳定性的光束开和关的情况下。此外，将描述在射束关闭情况下观察到的梯度变化的模型。
2010-05-27 physics.acc-ph
Longitudinal Localized Kick Driven Fast Extraction Method and Rapid Cycling Synchrotron Design for 3D PBS Proton FLASH Delivery
Tsinghua University（清华大学）
本文提出了一种用于三维铅笔束扫描质子FLASH输送的快速循环同步加速器设计，采用纵向局部激励驱动快速提取系统，通过动态调整激励区域提高提取精度和效率，确保在较短时间内完成扫描任务。
2026-05-13 physics.acc-ph
Simulations of higher order modes in the ACC39 module of FLASH
本研究的重点是开发一个基于HOM的BPM系统的ACC39模块目前安装和运行在FLASH。预计将在XFEL安装类似的系统。耦合腔间模式一起模拟了有限带的捕获模式。一套有限元计算机代码（包括HFSS和ACE3P）和全球化散射矩阵计算（GSM）被用来调查这些腔中的模式，以期提供指导，他们使用作为腔束诊断。
2012-05-21 physics.acc-ph
Higher-order mode-based cavity misalignment measurements at the free-electron laser FLASH
在汉堡的自由电子激光（FLASH）和欧洲X射线自由电子激光中，超导TeV能量的超导直线加速器（TESLA）型腔用于加速电子束，产生强自由电子激光（FEL）束。一个长的射频脉冲结构允许一个加速长的聚束串，这大大提高了机器的效率。然而，束团串内的射频参数和射频结构的失调的变化引起显着的轨迹变化，可能会降低自由电子激光的性能。加速腔容纳在低温模块内，这限制了直接对准测量的能力。为了确定横向腔的位置，我们使用了一种基于腔中的束激励偶极模的方法。我们已经开发了一个有效的测量和信号处理例程，并提出了其应用程序的多个加速模块在FLASH。测量的均方根谐振腔偏移与TESLA模块的规格一致。首次测量了低温恒温器内TESLA腔的倾斜度。初步结果与我们用本征模模拟计算的偶极模的偏移和角度依赖性之间的比率吻合得很好。
2018-01-09 physics.acc-ph
Constraints on photon pulse duration from longitudinal electron beam diagnostics at a soft X-ray free-electron laser
X射线自由电子激光器（FEL）的成功运行，如直线加速器相干光源或汉堡的自由电子激光（FLASH），使得在原子长度和超快时间尺度上对物质进行前所未有的研究成为可能。然而，为了利用这些独特的光源，并满足光子科学中许多实验的严格要求，自由电子激光光子脉冲持续时间需要是已知的和可调的。这可以通过控制FEL驱动电子束来实现，并且可以利用高分辨率纵向电子束诊断来提供对预期FEL光子脉冲持续时间的约束。在本文中，我们提出了软X射线脉冲宽度和电子束团长度在FLASH的比较测量。软X射线脉冲持续时间测量自由电子激光辐射脉冲能量统计，并比较电子束团长度确定的相干跃迁辐射在太赫兹范围内的频域光谱和时域纵向相空间测量。实验结果，理论分析和模拟表明，高分辨率纵向电子束诊断提供合理的约束预期的自由电子激光光子脉冲持续时间。此外，我们证明了软X射线脉冲的产生与持续时间低于50 fs（半高宽）后，新的均匀的电子束团压缩计划在FLASH的实施。
2012-03-06 physics.acc-ph
Supersonic gas curtain based real-time ionization profile monitor for hadron therapy
本研究开发了一种基于超音速气帘的实时电离束流剖面监测器，能在不扰动束流的情况下同时监测其位置、剖面、电流和能量，并在碳束实验中验证了其在不同参数下的2D测量性能与灵敏度。
2025-09-18 physics.acc-ph
Higher Order Modes for Beam Diagnostics in Third Harmonic 3.9 GHz Accelerating Module
一个国际团队目前正在研究在3.9 GHz腔中使用高阶模（HOM）进行光束诊断的最佳方法。HOM在通过加速结构时被带电粒子激发。工作在3.9 GHz的三次谐波腔已被安装在FLASH中的线性化聚束能量分布。一个证明的原则，使用HOM的光束监测已在FLASH在TESLA 1.3 GHz的腔。由于在3.9 GHz腔中产生的尾场明显较大，因此应小心地将其对波束的影响降至最低。因此，我们的目标是监测HOM，并通过将光束对准腔轴来最小化它们。困难在于，与1.3 GHz腔相比，HOM频谱密集，使得难以识别各个模式。此外，大多数模式通过包含多个腔的整个低温模块传播，使得难以测量局部光束特性。本文讨论了基于HOM的束流位置监测器的选择。
2012-06-19 physics.acc-ph
Higher Order Modes in Coupled Cavities of the Flash Module ACC39
我们分析了安装在DESY的FLASH设备中的3.9GHz聚束成形腔中的高阶模（HOM）。一套有限元计算机程序（包括HFSS和ACE3P）和全球化散射矩阵计算（GSM）被用来调查这些腔中的模式。这项研究主要集中在偶极子分量的多频带扩展的尾流场，重点是开发一个基于HOM的BPM系统的ACC 39。耦合腔间模式一起模拟了有限带的捕获模式。
2011-10-06 physics.acc-ph
Development of a Proton Therapy Research Beamline with FLASH and Minibeam Capabilities at the 18 MeV Bern Medical Cyclotron
University of Napoli Federico II（那不勒斯费德里科二世大学）；Università degli Studi dell'Insubria（因苏布里亚大学）
本文介绍了在18 MeV伯恩医疗回旋加速器上开发具有FLASH和微束能力的质子治疗研究光束线，以支持放射生物学研究，通过灵活的时间和空间剂量输送平台，实现质子FLASH和空间分数化放射治疗的优化。
2026-07-20 physics.acc-ph physics.ins-det physics.med-ph
Efficient model for low-energy transverse beam dynamics in a nine-cell 1.3 GHz cavity
FLASH和欧洲XFEL是SASE-FEL用户设施，在那里超导TESLA腔以脉冲模式运行，以加速长束流。几个腔由一个速调管供电。虽然低水平射频系统能够稳定的加速梯度的一个射频站的矢量和足够的，单个腔的射频参数变化的聚束串。在与未对准的相关性中，引起束内串轨迹变化。一个有效的模型来描述在低光束能量的效果，分别使用数值调整的传输矩阵和离散耦合器踢系数。将显示与开始到结束的跟踪和专用实验在FLASH注射器的比较。推导出的模型的计算时间短，允许全面的数值研究的影响，失调和可变射频参数的横向内束团训练束流稳定性在注入器模块。从这两个，统计多聚束性能的研究和推导失调多聚束实验的结果。
2017-10-13 physics.acc-ph
Dependence of the Radical Dynamics on the Beam Temporal Profile in FLASH Radiotherapy
State Key Laboratory of Nuclear Physics and Technology and Institute of Heavy Ion Physics, School of Physics, Peking University（北京大学物理学院重离子物理研究所核物理与技术国家重点实验室）；Key Laboratory of Carcinogenesis and Translational Research (Ministry of Education), Department of Radiation Oncology, Peking University Cancer Hospital & Institute（北京大学肿瘤医院暨肿瘤研究所放射肿瘤科教育部癌变与转化研究重点实验室）；Department of Health Technology and Informatics, The Hong Kong Polytechnic University（香港理工大学健康技术与信息学系）；Beijing Laser Acceleration Innovation Center（北京激光加速器创新中心）；State Key Laboratory of Heavy Oil Processing, China University of Petroleum（中国石油大学（华东）重油加工国家重点实验室）；Guangdong Institute of Laser Plasma Accelerator Technology（广东激光等离子体加速器技术研究所）
研究探讨了FLASH放射治疗中束时间轮廓对自由基动力学的影响，发现高瞬时剂量率可诱导自由基轨道重叠，从而减少正常组织损伤，提出优化时间轮廓以最大化FLASH效应。
2025-04-28 physics.acc-ph physics.app-ph physics.bio-ph
Higher Order Modes in Third Harmonic Cavities for XFEL/FLASH
我们分析了高阶模式的3.9 GHz的聚束成形腔最近安装在FLASH设施在DESY。我们报告最近的实验结果的频谱从探头为基础的测量在CMTB在DESY。这些相比，预测的有限差分和有限元计算机代码。本文主要研究尾流场多极展开的偶极子分量。只要这些模式的频率低于互连束管的截止值，就很容易将这些模式识别为单腔模式。高于截止值的模式耦合到4个腔，并且不同于单腔模式
2010-06-01 physics.acc-ph
Compendium of eigenmodes in third harmonic cavities for FLASH and the XFEL
根据本设计的能带结构，计算了由FERMILAB与DESY [1]合作设计并安装在DESY FLASH中的9单元3.9GHz束团成形腔在10 GHz范围内的谐振模式。这种结构的模态性质以前已经被各方研究[1]。我们已经扩展了这项工作，包括一个模态的图像字典中的模式的性质可以很容易地确定，以及R/Q的每一个模式。在10 GHz以下，这种特殊的结构只存在四极、偶极、四极和六极带。在这里，我们只考虑频带本身的模态模式，而没有将束管模式包括在图像字典中。我们使用的R/Q定义是[2]的定义。除了有限元模拟，我们还利用电容-电感电路模型来实现腔的快速表征。
2012-04-02 physics.acc-ph
FLASHForward: Plasma-wakefield accelerator science for high-average-power applications
FLASHForward实验设施是一个用于精确等离子体尾流场研究的高性能测试平台，旨在将高质量的电子束在几厘米的电离气体中加速到GeV级。等离子体是通过高压放电或高强度激光脉冲电离气室中的气体而产生的。待加速的电子将从等离子体背景内部注入或从FLASH超导RF前端外部注入。在这两种情况下，尾流场将被驱动的电子束所提供的FLASH枪和直线加速器模块与10 Hz的宏脉冲结构，产生1.25 GeV，1 nC的电子束在高达3 MHz的微脉冲重复率。在满负荷时，这种闪存串结构对应于30千瓦的平均功率，数量级高于其他国家的最先进的LWFA和PWFA实验可用的驱动器。这种高功率功能意味着FLASHForward是世界上唯一的等离子体尾流场设施，能够立即开发，探索和基准测试下一代设施所必需的高平均功率等离子体尾流场研究。讨论了实验的操作参数和技术要点，以及科学目标和高平均功率前景。
2019-05-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Spot size measurement of flash-radiography source utilizing the pinhole imaging method
X射线源的光斑尺寸是闪光照相设备的一个关键参数，通常被引用作为分辨率的评价。采用针孔成像技术测量了龙一号直线感应加速器的源光斑尺寸，得到了源光斑的二维空间分布。实验测量进行测量点图像时，电子束的传输和聚焦的调整，通过调整在下游部分的电流的电流。计算并讨论了半峰全宽光斑尺寸和由调制传递函数半峰空间频率定义的光斑尺寸。
2015-11-12 physics.acc-ph physics.ins-det
Beam Dynamics for the Scopius Conceptual Design Report
Scorpius是一种新型多脉冲线性感应加速器（LIA）。目前，天蝎座计划将4个2 kA的电子脉冲从2 MeV的注入能量加速到20 MeV。Scorpius的目标是提供质量足以用于大规模爆炸驱动实验的闪光照相的多脉冲电子束。射束物理学对多脉冲射线照片的质量具有深远的影响。束晕或不对称导致发射度增长，这增大了光斑尺寸，从而降低分辨率。由于不稳定性引起的束质心运动尤其成问题。高频运动使射线照相斑点尺寸模糊，从而降低分辨率。低频运动导致源点的脉冲间漂移，从而降低连续射线照片的配准。我们使用广泛的工具来研究与天蝎座相关的潜在光束物理问题。除了分析理论和实验数据，从我们的业务LIA，我们使用了一些可靠的光束动力学的计算机代码。这些包括束包络和粒子单元（PIC）代码。
2017-10-31 physics.acc-ph
RF regulation with superconducting cavities and beam operation using a frequency shifted cavity
DESY的自由电子激光FLASH和欧洲的XFEL是用超导射频腔工作的，并为几个用户实验提供束流。实验之间的切换时间限制在几十微秒。这篇文章将展示一个频率偏移的超导腔的调节，以操纵和改变电子束团的加速性能与250 KHz.The主要挑战的概念中提出的贡献可以概括在这个声明：找到一种方法来调制单个聚束的能量在一个单一的源多腔计划的潜在CW升级的EuXFEL。
2022-01-17 physics.acc-ph
Ultra-Sharp Upright Photon Radiotherapy via Low Energy Extended Distance: An Alternative to FLASH for high flux Sources
Stanford University（斯坦福大学）
本研究提出了一种利用低能扩展距离的垂直光子放疗方法，通过圆锥形束几何实现更锐利的剂量分布，适用于高通量源的放疗应用。
2026-03-07 physics.acc-ph physics.app-ph physics.med-ph
Calculation of Asymptotic and RMS Kicks Due To Higher Order Modes in the 3.9GHz Cavity
FLASH计划使用“三次谐波”（3.9GHz）超导腔来补偿由于TESLA 1.3GHz腔的腔电压的正弦弯曲而引起的纵向相位空间的非线性失真。3.9GHz的高阶模对长聚束训练中电子聚束的动力学特性有重要影响。由于偶极模式的反冲可以沿着聚束训练增强，这取决于模式的频率和Q值。计算了光束相对于腔体的恒定偏移的增强因子。一个简单的Monte Carlo模型，这些影响，允许在HOM频率的分散，由于制造的差异，也已实施和结果为FLASH和XFEL样配置。
2008-09-10 physics.acc-ph
Irradiation of luminescence dosimeters in pulsed mixed radiation fields
UHDpulse -使用超高脉冲剂量率射束的先进放射治疗计量学是一个欧洲项目，旨在为FLASH放射治疗、甚高能电子放射治疗和激光驱动的医疗加速器开发新的剂量测定标准，并改进现有标准。在本项目的范围内，热释光（TL）和光激发光（OSL）探测器用于测量杂散辐射场。用常规脉冲粒子束进行的实验允许在已知和可控的辐射场中表征剂量计。反过来，这允许开发模型并预测它们在复杂辐射场中的行为，例如在激光驱动和FLASH设施中的行为。TL和OSL探测器在捷克共和国布拉格的Microtron MT 25电子加速器上辐照。用GAFChromicTM膜和塑料核径迹探测器分别研究了束流剖面和中子本底。本文比较了不同探测器对MT-25微波加速器脉冲混合辐射场的响应。
2022-11-14 physics.acc-ph physics.ins-det
Beam Dump Window Design for CSNS
束流收集窗是中国散斑中子源束流收集器的重要组成部分。本文对材料、结构及其它有关问题进行了讨论。热分析已被应用于束流收集窗口的设计。通过比较，选择GlidcopAL-15和316L作为窗口材料。通过结构优化，将窗口截面设计为内凸球面，窗口厚度设定为1.5 ~ 3 mm。在磁铁损坏的情况下，窗户的安全性得到了确认。所有这些分析都证明该窗口能够很好地满足CSNS束流倾倒场的要求。
2014-06-03 physics.acc-ph
Theoretical and Numerical Analyses of a Slit-Masked Chicane for Modulated Bunch Generation
对电子束流进行密度调制可以改善束流驱动加速器和共振注波耦合自由电子激光器的机械性能。利用费米实验室加速器科学技术（FAST）装置的束流参数，通过解析模型和数值模拟，研究了带掩模的弯道对束流的调制。在弯折角为18°，弯折半径为0.95 m，R56 ~-0.19 m的条件下，束团长度为3 ps，狭缝周期为900 μm，孔径为300 μm的狭缝掩模对束团的调制为束团间距~100 μm，相关能量扩展为2.4%。在设计的狭缝掩模和3 ps束团的条件下，利用粒子模拟（PIC），包括非线性能量分布、空间电荷力和相干同步辐射（CSR）效应，也得到了束团间距约为100 μm的光束调制，相应的调制频率为3 THz。光束调制已被广泛检查与三种不同的光束条件，2.25 ps（0.25 nC），3.25 ps（1 nC），和4.75 ps（3.2 nC）的跟踪代码优雅。模拟分析表明，在3 ~ 6%的相关能散下，经狭缝掩模切割后的光束调制长度分别为187 μm（0.25 nC）、270 μm（1 nC）和325 μm（3.2 nC）。理论分析和数值计算结果表明，所设计的掩蔽弯道能够产生束团长度约为100 fs的调制束团训练。
2015-11-06 physics.acc-ph
Individual Pulse Monitoring and Dose Control System for Pre-Clinical Implementation of FLASH-RT
超高剂量率电子源需要独立于剂量率的剂量计和校准的剂量控制系统，以实现准确的输送。在这项研究中，我们开发了一个单脉冲剂量监测和实时剂量为基础的控制系统转换的临床直线加速器（LINAC）。点闪烁体探测器耦合到门控放大器和用于剂量监测和反馈控制回路的实时控制器。对控制器进行编程，以积分剂量并测量每个辐射脉冲的脉冲宽度，并在输送规定剂量时门控LINAC射束。将闪烁体安装在固体水体模中，并放置在小鼠皮肤下进行体内剂量监测。此外，闪烁体的特征在于其辐射稳定性，平均剂量率，和剂量每脉冲的依赖性。对每个辐射脉冲进行剂量积分并实时显示。闪烁体与平均剂量率（40-380 Gy/s）和每次脉冲剂量（0.3-1.3 Gy/脉冲）呈线性，在+/-3%范围内。然而，塑料闪烁体会受到严重的辐射损伤（16%/kGy），需要经常校准。脉冲计数控制准确地实现了预期和实际输送脉冲之间的直接对应关系。基于剂量的控制足以门控LINAC的任何脉冲。使用1 cm圆形切口进行的体内剂量测定监测显示，存在4-5个脉冲的斜升，在此期间，每个脉冲的平均剂量约为0.045 +/- 0.004 Gy/脉冲，而斜升后，其稳定在0.65 +/- 0.01 Gy/脉冲。在这项研究中提出的工具可以用来确定有关的闪光效应的光束参数空间。此外，这项研究是在超高剂量率下对修改后的LINAC进行基于剂量的实时控制的第一个实例。
2021-11-16 physics.acc-ph physics.ins-det physics.med-ph
Initial PIP-II Beam Current Monitor Fault Case Analyses & Beam Position Monitor Linearity Studies in CST Studio Suite
本文利用 CST Studio Suite 建立 BPM 与 ACCT BCM 模型，在 PIP-II 束流条件下分析位置信号线性度及法兰间隙等潜在故障。
2024-10-24 physics.acc-ph physics.ins-det
Design, Construction, and Test of Compact, Distributed-Charge, X-Band Accelerator Systems that Enable Image-Guided, VHEE FLASH Radiotherapy
本文提出并验证了一种基于X波段分布式电荷加速器结构的紧凑型系统，可同时产生用于微米级成像的激光-康普顿X射线和用于FLASH放疗的VHEE束流，并完成了100 MeV级原型机的设计、建造与测试。
2025-01-02 physics.acc-ph physics.med-ph physics.optics
