Cryopumping and Vacuum Systems
要理解在低温下运行的复杂和/或大型真空系统，需要对这种温度下的真空科学有具体的了解。在室温下，与表面具有低结合能的分子不被泵送。然而，在低温下，由于温度降低，它们的停留时间显著增加，这允许“低温泵送”。本讲座介绍了低温真空领域，讨论了表面脱附，粘附概率，热蒸发，吸附等温线，常见气体的蒸汽压，工业表面和粗糙度因素。这些方面的说明与大型哈登对撞机的情况下，解释其光束屏幕和cryosorber，泄漏和光束真空系统建模在低温环境中。最后，讨论了LHC和其他低温机器的低温束真空系统的操作。
2020-06-02 physics.acc-ph physics.ins-det
Energy deposition studies for the High-Luminosity Large Hadron Collider inner triplet magnets
高亮度LHC内三重态区域的详细模型与新的大口径Nb 3Sn磁体，场图，校正包，和分段钨内吸收体的FLUKA和MARS 15代码中建立和实施。在优化配置中，在磁体内部电缆宽度上平均的峰值功率密度安全地低于失超极限。对于3000 fb-1的积分亮度，最内侧磁体绝缘体中的峰值剂量范围为20至35 MGy。计算了三重磁体冷质量的动态热负荷，以评估低温能力。总的来说，FLUKA和MARS的结果非常一致。
2015-04-02 physics.acc-ph
Advancing Superconducting Magnet Diagnostics for Future Colliders
未来的对撞机将在越来越高的磁场下运行，从而推动导体上电磁和机械应力的极限[1]。只有使用先进的磁体诊断技术，才能了解在高机械应力和低温等挑战性条件下影响超导（SC）磁体性能的因素。诊断为与磁体操作相关的机械和电磁过程提供了独特的观察窗口，并为磁体设计，模拟和材料研究活动提供了必要的反馈。因此，开发新的诊断能力是下一代磁体开发的一个组成部分。在本文中，我们总结了诊断的发展需求，从美国磁铁发展计划（MDP）的前景，并确定主要的研究方向，可以塑造这个领域在不久的将来。
2022-03-16 physics.acc-ph
Versatile, high brightness, cryogenic photoinjector electron source
自从三十多年前射频（rf）光注入器电子源的引入以来，峰值性能需求已经决定了高加速电场的使用。随着最近在可获得的场值方面的强劲进展，预期伴随的光束亮度的增加将是戏剧性的。在这篇文章中，我们研究了在高频低温射频光注入器中实现极高梯度加速。我们详细讨论的效果，通过优化的射频腔的形状，丰富的空间谐波含量在此设备中的加速模式。更高的空间谐波提供有用的、增强的线性聚焦效应，以及潜在有害的非线性横向力。它们还用于大幅增加平均加速场与峰值表面场的比率，从而有助于管理功率和暗电流相关的挑战。我们调查了两种情况，其目的是在独特的利用这一来源的能力。首先，我们研究了如何在先进的自由电子激光应用中获得极高的六维亮度。我们还研究了使用磁化光阴极的设备，用于产生前所未有的低不对称发射度，高电流电子束，达到线性对撞机兼容的性能。由于这两种情况都需要先进的，紧凑的螺线管设计，我们描述了一种新型的低温螺线管系统。随着高场射频和静磁结构的介绍，我们分析了集体束动力学在这些系统中，通过理论和多粒子模拟，包括特别强调与微观库仑相互作用的粒度效应。
2021-05-11 physics.acc-ph
Fast cycling HTS based superconducting accelerator magnets: Feasibility study and readiness demonstration program driven by neutrino physics and muon collider needs
高能效快循环加速器磁体的开发对下一代中微子研究质子快循环同步加速器（RCS）和未来μ子对撞机的助推加速器至关重要。我们看到了一个独特的机会，有这样的磁铁建立在高温超导体（HTS）的基础上。除了在相对较高的温度下具有超导性之外，与低温NbTi超导体电缆相比，稀土高温超导带显示出非常小的交流损耗。最近对基于HTS的0.5 m长双孔超导加速器磁体的测试表明，在10 Hz重复频率和0.5 T B场跨度下，具有约300 T/s的高dB/dt斜坡率。在6 K冷却中没有观察到温度升高He在0.003K误差内，将磁体导体线圈中的低温功率损耗的上限设置为小于0.2W/m。基于这一结果，我们概述了该测试磁体设计的可能升级，即在10 mm束隙中将其升级为2 T B场，dB/dt斜升速率高达1000 T/s。该短样品磁体的功率测试结果将用于预测低温和电功率损耗，作为磁体B场和dB/dt斜升速率的函数。然后，这些预测将被缩放到预期的加速器磁体束隙和质子和μ子RCS加速器的B场的范围。我们邀请合作者加入这些研究，并呼吁支持旨在全面展示这种方法的研发计划，包括到2028年对基于HTS的快速循环加速器磁体的长原型进行设计，建造和功率测试。
2022-03-11 physics.acc-ph
Instrumentation, Field Network and Process Automation for the Cryogenic System of the LHC Test String
CERN现在正在建立String 2，一个LHC弧的规则单元的全尺寸原型。它是由两个四极，六个偶极磁铁，和一个单独的低温分配线（QRL）的供应和回收的冷冻剂。一个带有多达38根高温超导（HTS）引线的馈电盒（DFB）为磁体供电。大约700个传感器和执行器分布在四个Profibus DP和两个Profibus PA现场总线上。过程自动化由两个控制器处理，运行126个闭环控制回路（CCL）。本文介绍了低温控制系统、相关仪表及其调试。
2001-12-12 physics.acc-ph physics.ins-det
Measurements of sub-nT dynamic magnetic field shielding with soft iron and mu-metal for use in linear colliders
对屏蔽束流和加速器元件免受杂散磁场影响的需求日益增加。讨论了磁屏蔽在直线对撞机中的应用。测量了软铁和高导磁合金对不同幅值和频率的磁场的屏蔽性能。特别注意的是，非常小的振幅磁场的屏蔽性能。
2020-12-11 physics.acc-ph
REBCO-based dipole optimized for an ultimate-energy hadron collider
REBCO超导带材在超导技术中具有优异的性能，但价格昂贵，而且是一种强各向异性的超导体。设计了一个3.5 T对撞机偶极子，其中所有的身体绕组匝的取向，使所有匝的REBCO磁带操作与最大电流密度。绕组内的每个匝都包含一堆铜包覆REBCO带;匝内的所有带都被压缩以提供低电阻Cu-Cu接触，但连续匝是电隔离的。每匝的取向使得磁带上的局部磁场与磁带表面紧密平行。六极杆采用电流编程旋转控制，在20：1动态范围内提供出色的均匀性。电流重新分布在斜坡，淬火稳定性，交流损耗，同步辐射和低温的问题已经被考虑，并出现提供了有利的性能为一个终极能量强子对撞机。
2021-01-05 hep-ex physics.acc-ph
Electron Beam Characterization of REBCO-Coated Conductors at Cryogenic Conditions
本文研究了REBCO高温超导涂层导体在低温加速器环境下的二次电子产额和电子刺激解吸性能，验证其作为未来对撞机束流屏材料的可行性。
2024-10-01 physics.acc-ph physics.app-ph
The Higgs Factory Muon Collider Superconducting Magnets and Their Protection Against Beam Decay Radiation
低能中光度μ子对撞机（MC）正在研究作为一个可能的希格斯工厂（HF）。来自μ子衰变的电子将在HF对撞机环的超导磁体中沉积超过300 kW。这对MC储存环（SR）和相互作用区（IR）中使用的超导（SC）磁体提出了重大挑战。提出了在大孔径中提供高操作梯度和磁场的磁体设计，以容纳由于低\b{eta} * 而产生的大尺寸μ子束，以及冷却系统以拦截来自衰变电子诱导的簇射的大量热沉积。晶格元件MC SR中热沉积的特定分布需要大孔径磁体来容纳厚的高Z吸收体以保护SC线圈。基于开发的MARS 15模型和密集的模拟，一个复杂的辐射防护系统的对撞机SR和IR的设计，使超导线圈的峰值功率密度低于失超极限，并减少动态热沉积在冷质量的一个因素100。该系统由紧密的钨掩模在磁体互连区域和椭圆形钨衬垫在磁体孔径优化为每个磁体。它还减少了对撞机探测器中的背景粒子通量。
2018-07-19 physics.acc-ph
Magnet designs for muon collider ring and interactions regions
1.5TeV μ子对撞机储存环超导磁体的概念设计能量和平均光度为1034 cm-2s-1。所有磁体均基于Nb 3Sn超导体，并设计为在孔中提供足够的操作场/场梯度，并具有机器中可靠磁体操作所需的临界电流裕度。磁体截面进行了优化，以实现加速器磁场质量的磁铁孔被占领的光束。磁铁和相应的保护措施的设计，以处理约0.5千瓦/米的动态热负荷的μ子束衰变。磁体参数的报告和比较的要求。
2012-02-01 physics.acc-ph
Muon collider interaction region design
μ子对撞机相互作用区（IR）的设计提出了许多挑战，这些挑战来自于低β* < 1 cm，相应的大β函数值和IR磁体处的束流尺寸，以及保护超导磁体和对撞机探测器免受μ子衰变产物影响的必要性。因此，红外光学系统、磁体和机器-探测器接口的设计是强烈交错和迭代的。1.5 TeV c.o.m.的一致性解决方案。介绍了μ子对撞机IR。它可以提供1034 cm-2s-1的平均亮度，并对磁体和探测器组件进行适当的保护。
2012-04-25 physics.acc-ph
Measurements and modelling of stray magnetic fields and the simulation of their impact on the Compact Linear Collider at 380 GeV
紧凑型直线对撞机（CLIC）的目标是在碰撞点处的纳米光束大小。实现这种光束尺寸需要超低发射率光束的产生和传输。动态缺陷可以偏转碰撞光束，导致具有相对偏移的碰撞。它们还可以降低每个光束的发射度。这两种效应都会显著影响CLIC的亮度。在本文中，我们研究了一个新考虑的动态缺陷：杂散磁场。测量杂散磁场在大型强子对撞机隧道，并用于开发一个统计模型，可用于真实地产生杂散磁场的模拟。该模型被用于集成模拟CLIC在380 GeV，包括缓解系统的杂散磁场，以评估其对光度的影响。
2020-12-11 physics.acc-ph
Solving Critical Problems of the Muon Collider Higgs Factory: Optics, Magnets and their Protection, Detector Backgrounds
目前正在研究一个低能中光度μ子对撞机（MC），作为可能的希格斯工厂（HF）。来自μ子衰变的电子将在HF对撞机环的超导磁体中沉积超过300 kW。这对MC储存环（SR）和相互作用区（IR）中使用的超导（SC）磁体提出了重大挑战。提出了磁体设计，其在大孔径中提供高操作梯度和磁场以容纳大尺寸的μ子束（由于低β *），以及冷却系统以拦截来自由衰变电子引起的簇射的大量热沉积。MC SR晶格元件中的热沉积的分布需要大孔径磁体，以便容纳厚的高Z吸收体来保护SC线圈。基于开发的MARS 15模型和密集的模拟，一个复杂的辐射防护系统的对撞机SR和IR的设计，使超导线圈的峰值功率密度低于失超极限，并减少动态热沉积在冷质量的一个因素100。该系统由紧密的钨掩模在磁体互连区域和椭圆形钨衬垫在磁体孔径分别优化每个磁铁。这也减少了对撞机探测器中的背景粒子通量。
2022-03-17 physics.acc-ph
Muon collider interaction region design
μ子对撞机相互作用区（IR）的设计提出了许多挑战，这些挑战来自于低β * < 1 cm，相应的大β函数值和IR磁体处的束流尺寸，以及保护超导磁体和对撞机探测器免受μ子衰变产物影响的必要性。因此，红外光学系统、磁体和机器-探测器接口的设计是强烈交错和迭代的。1.5 TeV c.o.m.的一致性解决方案。介绍了μ子对撞机IR。它可以提供1034 cm-2s-1的平均亮度，并对磁体和探测器组件进行适当的保护。
2012-02-01 physics.acc-ph
Magnet R&D for the Muon Collider -- European Strategy Input
本文总结了缪子对撞机超导磁体技术的挑战与未来十年研发路线图，聚焦高温超导体材料，旨在突破加速器磁体技术极限。
2025-04-01 physics.acc-ph
Conceptual designs of dipole magnet for muon collider ring
质心为1.5 TeV的μ子对撞机储存环超导偶极磁体的概念设计能量和平均光度为1034 cm-2s-1。与质子机器相比，μ子对撞机的偶极子应该能够处理μ子束衰变产生的约0.5 kW/m的动态热负荷。该磁体基于Nb 3Sn超导体，设计用于在20 mm孔径内提供10 T的工作磁场，并具有可靠机器运行所需的临界电流裕度。磁体横截面进行了优化，以实现最佳的磁场质量在由光束占据的孔径。所开发的机械结构在线圈中的最大水平的洛伦兹力下提供足够的线圈预应力和支撑。磁体参数的报告和比较的要求。
2012-02-10 physics.acc-ph
Spin rotation and depolarization of high-energy particles in crystals at Hadron Collider (LHC) and Future Circular Collider (FCC) energies and the possibility to measure the anomalous magnetic moments of short-lived particles
我们在强子对撞机（LHC）和未来圆形对撞机（FCC）的高能范围内研究晶体中高能粒子的自旋旋转和去极化现象。结果表明，这些现象可以用来测量在这个能量范围内的短寿命粒子的反常磁矩。我们还证明了晶体中的粒子自旋去极化现象提供了测量带负电荷粒子（例如，美重子），与带正电的粒子相比，由于更快的去跃迁，其沟道效应受到阻碍。具有极化核的直或弯曲晶体中的粒子的双折射可用于高能粒子的极化及其分析。
2015-04-25 hep-ph physics.acc-ph
The Canted Cosine Theta HTS Sextupole Demonstrator for FCC-ee
European Organization for Nuclear Research（欧洲核子研究组织）；Paul Scherrer Institute（保罗谢尔研究所）
本文介绍了为FCCee-HTS4项目开发的首个基于高温超导ReBCO带材的倾斜余弦θ六极磁铁，展示了其设计、制造和低温测试过程。
2026-05-11 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
White Paper on High Temperature Superconducting Bi-2212 Magnets for Energy Frontier Circular Colliders
Bi-2212是目前唯一一种各向同性、扭转、多芯圆线形式的高温超导材料，它将使高场超导加速器磁体的应用范围大大扩展到圆线、各向同性Nb-Ti和Nb 3Sn导体之外。本文描述了Bi-2212在未来高能圆对撞机（包括高能质子和μ子对撞机）中可能发挥的重要作用。我们描述了其目前的技术状态（导体开发，磁体设计概念，原型磁体状态），然后在一个综合战略中提供了一个10年计划，用于>15 T加速器磁体和>25 T螺线管磁体，以吸引行业和整个美国以及对HTS磁体应用感兴趣的国际科学企业。
2022-03-23 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
Instrumentation status of the low-b magnet systems at the Large Hadron Collider (LHC)
低β磁体系统位于大型强子对撞机（LHC）插入区域的四个相互作用点周围。它们是光束聚焦/散焦过程中的关键元件，允许质子碰撞的亮度高达10**34/cm**2s。这些系统是US-LHC加速器项目的贡献。该系统主要由四极磁铁（三重态）、分离偶极子和它们各自的电馈电盒（DFBX）组成。低β磁体系统在极端辐射、高梯度磁场和由于束动态效应而对低温系统的高热负荷的环境中操作。由于恶劣的环境，诊断的鲁棒性对于三联体的操作是至关重要的。LHC的硬件调试阶段于2010年2月完成。为了更安全和更方便用户的操作，在调试阶段进行了几次合并和仪器改造。本文介绍了仪器用于优化工程过程和操作的最后聚焦/散焦四极磁铁的第一年的操作。
2012-08-28 physics.acc-ph physics.ins-det
Proton Colliders at the Energy Frontier
自从CERN ISR以来，强子对撞机已经定义了能量边界。值得注意的是将超级质子同步加速器（SPS）改造成质子-反质子对撞机，即Tevatron对撞机，以及美国废弃的SSC。强子对撞机很可能决定未来一百年粒子物理学的发展速度。过去强子对撞机的发现对于建立粒子物理学的所谓标准模型至关重要。世界上目前的旗舰对撞机，LHC，包括其高光度升级的HL-LHC，将运行到2030年代的下半年。在21世纪，能量范围的进一步增加需要另一个更强大的强子对撞机。下一个强子对撞机的三种选择目前正在研究中。由CERN主持的未来圆形对撞机（FCC）研究正在设计一个100 TeV的对撞机，将安装在日内瓦湖盆地的一个新的100公里隧道内。一个类似的100公里对撞机，称为SppC，正在中国由CAS-IHEP追求。在这两台机器中，同步辐射阻尼将首次在强子储存环中发挥重要作用。同时，冷磁体内部发射的同步辐射功率成为重要的设计约束。FCC和SppC之间的一个重要区别是磁体技术。FCC使用基于Nb 3Sn超导体的16特斯拉磁体，而SppC磁体应使用由铁基高温超导体制成的电缆来实现。最初，假设SppC磁体提供12 T的更适度的偶极场，但随后可以将其推到24 T的最终最终场。目前正在研究的第三个对撞机是高能LHC（HE-LHC），它是现有LHC隧道中的一个更高能量的对撞机，利用FCC磁铁技术，以便在显着更高的亮度下将LHC能量加…
2018-03-26 hep-ex physics.acc-ph
Hybrid Rings of Fixed 8T Superconducting Magnets and Iron Magnets Rapidly Cycling between -2T and +2T for a Muon Collider
两个半径为2200米的固定超导磁体和铁磁体的混合环以200 Hz和330 Hz的频率斜坡被用来加速μ子。μ子在每个轨道上被给予25 GeV的RF能量。加速度从250 GeV/c到2400 GeV/c，需要在两个环中总共86个轨道; 82%的μ子存活下来。铁偶极子的总功耗为4兆瓦。绞合的铜导体和薄的金属片用于减少功率损耗。
2001-08-01 hep-ex physics.acc-ph
Material Properties at Low Temperature
从环境温度到低温，材料的性能变化很大。从一般工程的角度简要介绍了导致纯金属、合金和绝缘体的电、热、机械和磁性能变化的机制。出于设计目的，提供了低温系统中常用材料的数据集。
2015-01-28 cond-mat.mtrl-sci physics.acc-ph
