High Power Superconducting Electron Linear Accelerators For Industrial Application
费米实验室正在执行一项技术开发计划，以开发一种紧凑而强大的电子加速器。我们正在利用SRF腔体、具有成本效益的射频源、现代低温冷却器和高平均电流电子枪的研发突破。我们表明，一个单一的加速器模块可以提供平均束功率高达1兆瓦，通过详细的热，射频和粒子模拟。
2022-02-15 physics.acc-ph
Terahertz and Optical Acceleration Techniques
Deutsches Elektronen-Synchrotron – DESY（德国电子同步加速器）；Center for Free-Electron Laser Science – CFEL（自由电子激光科学中心）
本文探讨了太赫兹和光学辐射在电子加速及束流操控中的最新进展，分析了短波长辐射在克服击穿现象方面的优势，以及其在加速梯度和束流电荷方面的应用。
2026-04-07 physics.acc-ph
Accelerator Neutrino Beams
来自高能质子加速器的中微子束已经成为粒子物理学的发现工具。中微子束来自带电π介子和K介子的衰变，而带电π介子和K介子又是由质子束撞击厚的核靶而产生的。π/K束的精确选择和操纵控制了中微子束的能谱和类型。本文介绍了在目标和操纵粒子产生中微子束，以及在过去的实验设施取得的许多创新的粒子生产的物理。
2006-09-14 hep-ex physics.acc-ph
Longitudinal phase-space manipulation with beam-driven plasma wakefields
提供高亮度束流的紧凑型加速器设施的开发是下一代紧凑型和成本可承受的粒子加速器领域中最具挑战性的任务之一，用于工业、医疗和研究应用的许多领域。特别地，波束纵向相空间成形的能力对于实现高峰值亮度起着关键作用。在这里，我们提出了一种新的方法，允许通过等离子体尾场调谐高亮度光束的纵向相空间。穿过等离子体的电子束驱动大的尾场，该尾场用于操纵沿束本身的粒子的时间-能量相关性。我们的实验表明，这样的解决方案是高度可调的，通过简单地调整等离子体的密度，并可用于打印或删除任何相关的光束。这是一个基本的要求，当处理来自未来等离子体加速器的大部分时间-能量相关的光束。
2019-02-21 physics.acc-ph
Bridging the Gap Between Modern UX Design and Particle Accelerator Control Room Interfaces
Idaho National Laboratory（爱达荷国家实验室）；Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）
本文探讨如何通过人本设计原则改进加速器控制室界面，以提升操作效率并减少人为错误。
2025-12-16 cs.SE physics.acc-ph
Modern High Intensity H- Accelerator Sources
本文评述了用于加速器的现代强流氢离子源. 1971年7月1日，在俄罗斯新西伯利亚核物理研究所（INP）首次观察到铯化效应，即在低于负离子电流的情况下，随着共提取电子电流的降低，气体放电中负离子发射的显著增强。这一观测结果成为发展表面等离子体负离子源（SPS）的基础。几何聚焦的发明提高了负离子产生的效率。本文讨论了等离子体加速器的磁控-平面加速器。介绍了转换器SPS。讨论了半等离子体放电。综述了潘宁放电等离子体放电、射频脉冲放电和连续放电等离子体放电。回顾了负离子源的发展历史。正在进行大型开发项目，包括大型强子对撞机和国际热核实验反应堆的SPS。具有CeSiated SPS的喷射器的开发和制造已经成为十亿美元规模的产业。
2018-06-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Laser Manipulation of H- Beams: a Snowmass 2022 White Paper
未来的高功率（10 - 20兆瓦）强子加速器为基础科学和核应用提供了许多独特的机会。随着2.8 MW质子动力升级（PPU）[1]和5 MW欧洲散裂源（ESS）[2]的完成，人们的注意力将集中在强子加速器界的下一台高功率机器上。用金刚石剥离箔进行电荷交换注入到同步加速器中，比直接质子加速有很大的优势。然而，在临界束功率密度以上的箔升华和由于散射引起的束损失（对于SNS，在10 MW下约10 rem/h）存在明显的限制。
2022-03-16 nucl-ex physics.acc-ph
Simulation of deflecting structures for dielectric laser driven accelerators
在激光照射介质加速器（DLA）中，由于材料在光频下的高损伤阈值，可以实现高加速梯度。这是发展更紧凑的粒子加速器技术的必要条件。由戈登和贝蒂摩尔基金会资助的CHip国际项目的加速器正在研究这种设备。需要操纵光束的手段，即聚焦和偏转，以使这些装置正常工作。这些方法应该依赖于与加速结构相同的制造和动力技术。在这项研究中，不同的概念，介质激光驱动偏转结构的研究通过粒子在细胞（PIC）模拟和比较后。进行比较相对于光束操纵的适用性。另一个有趣的应用将被调查作为一个诊断设备的超短电子束从传统的加速器功能像一个射频横向偏转腔（TDS）。
2018-02-06 physics.acc-ph
Linear accelerators
射频直线加速器可用作同步加速器的注入器，也可用作产生强粒子束的独立加速器，因为它们能够以高重复率加速高束流。本讲座介绍了它们的主要特点，回顾了直线加速器中使用的不同类型的加速结构，并介绍了直线加速器束流动力学的主要特点。在此基础上，提出了现代质子直线加速器的结构，特别强调了高能和高束流功率的应用。
2013-03-27 physics.acc-ph
Controlling external injection in laser-plasma accelerators with terahertz frequency bunch manipulation
The Cockcroft Institute（科克沃尔研究所）；Science and Technology Facilities Council（科学与技术设施委员会）；The University of Manchester（曼彻斯特大学）；University of Liverpool（利物浦大学）
本文提出利用太赫兹频率操控外部注入激光等离子体加速器，通过时间锁定电子束与驱动激光，实现高质束流压缩，提升加速性能和稳定性。
2026-04-17 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Mitigation of Space-Charge-Driven Resonance and Instability in High-Intensity Linear Accelerators via Beam Spinning
对于现代高强度直线加速器，众所周知的包络不稳定性和最近报道的四阶粒子共振强加了基本的操作限制（即，零电流相位超前应小于90度）。出于旋转飞行物体的稳定性，我们提出了一种新的方法，使用旋转光束，以超越这一限制。我们发现，旋转光束有一个内在的特性，可以抑制四阶共振对发射度增长和相关的包络不稳定性的影响。
2021-07-01 physics.acc-ph
The Legacy of the Tevatron in the Area of Accelerator Science
在超过25年的时间里，Tevatron是世界上能量最高的加速器，首次提供了超过1 TeV的粒子碰撞，并实现了超过原始设计目标400倍的最终性能。本文回顾了在Tevatron的整个生命周期中，在建造、操作和改进Tevatron过程中所克服的许多艰巨挑战以及所获得的知识。这些挑战包括：基于超导磁体的加速器的第一次运行，产生足够数量的反质子以支持可用的亮度，束-束、束内和其他集体效应的管理，束纵向相位空间的新颖操纵，以及各种创新技术的开发和应用。这些成就奠定了Tevatron作为所有随后建造的高能强子对撞机的祖先的遗产。
2013-02-11 physics.acc-ph
JuTrack: a Julia package for auto-differentiable accelerator modeling and particle tracking
本文提出Julia语言开发的加速器建模包JuTrack，结合编译器级自动微分实现快速导数计算，有效支持敏感性分析与优化任务，并在空间电荷发射度增长、非线性束流动力学及EIC格点调谐等应用中验证了其有效性。
2024-12-25 physics.acc-ph
Bunch Shaping in Electron Linear Accelerators
现代电子直线加速器通常被设计成产生以其宏观系综平均矩为特征的平滑聚束分布。然而，越来越多的加速器应用要求对射束分布进行更精细的控制，例如，通过要求其沿着一个坐标的投影具有特定形状。最终，在单粒子水平上控制束流分布可以为加速器科学带来新的机遇。这篇综述讨论了最近的进展，控制电子束分布的“介观”尺度上的重点成形的光束或引入复杂的相关性所需的一些应用。本文重点介绍了基于有界外电磁场或通过与自生速度场和辐射场相互作用的电子束团成形方法的实验和理论发展。
2021-10-31 physics.acc-ph
Phase Space Reconstruction from Accelerator Beam Measurements Using Neural Networks and Differentiable Simulations
本文提出一种结合神经网络与可微粒子追踪的通用算法，无需专用诊断即可高效重建高维束流相空间分布，并在模拟与实验中验证了4D重建精度，为未来6D重建奠定基础。
2023-01-26 physics.acc-ph
Introduction to Particle Accelerators and their Limitations
本文概述了粒子加速器的原理及其历史发展。在介绍了基本概念之后，主要重点是概述现代储存环的布局，并讨论它们在能量和机器性能方面的局限性。现有机器的例子，其中包括欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC），展示了粒子对撞机的基本原理以及我们在设计和操作粒子对撞机时面临的技术和物理限制。对更高能量束的推动推动了未来对撞机的设计以及更有效加速技术的发展。
2017-05-26 physics.acc-ph
Measurement and manipulation of beta functions in the Fermilab Booster
为了满足费米实验室计划的对撞机后实验计划的需要，8 GeV助推器加速器的总质子通量必须在未来两年内增加近一倍。最近在助推器中安装了一个由48个倾斜校正磁铁组成的系统，以帮助提高效率，并允许在不超过安全辐射水平的情况下获得更高的光束强度。我们提出了使用这些校正磁铁的β函数测量的初步结果。我们的目标是使用校正器来减少β函数中的不规则性，并最终引入局部β凸点来减少光束损失或直接损失到准直器。
2012-03-07 physics.acc-ph
Segmented Terahertz Electron Accelerator and Manipulator (STEAM)
超短电子束的加速和操纵是用于超快、原子尺度成像和光谱学的电子和X射线设备的基础。使用激光产生的THz驱动器能够实现内在同步以及场强、场梯度和组件紧凑性的显著增益，从而导致更短的电子束团、更高的时空分辨率和更小的基础设施。我们提出了一个分段的太赫兹电子加速器和操纵器（STEAM）与扩展的相互作用长度能够执行多个高场操作的能量和相空间的超短束与中等电荷。利用这个由几微焦耳，单周期，0.3 THz脉冲供电的单个设备，我们展示了>30 keV的创纪录的THz设备加速度，<10 fs分辨率的条纹，>2 kT/m强度的聚焦，压缩到~100 fs以及这些操作模式之间的实时切换。STEAM设备展示了未来基于太赫兹的紧凑型电子枪、加速器、超快电子衍射仪和具有变革性影响的自由电子激光的可行性。
2017-11-08 physics.acc-ph
Introduction to Particle Accelerators and their Limitations
本文简要概述了粒子加速器的原理、发展历史和典型的性能限制。在介绍了基本概念之后，主要重点是概述现代储存环的布局及其在能量和机器性能方面的限制。现有机器的例子-其中显然是欧洲核子研究中心的大型强子对撞机-展示了我们今天在设计和操作这些粒子对撞机时所面临的基本原理和技术和物理限制。推动更高的光束能量激发了未来对撞机研究的设计，以及更有效的加速技术的发展。
2020-07-07 physics.acc-ph
Multi-Dimensional Phase Space Manipulation for Attosecond Electron Bunch Compression
本研究提出一种基于THz驱动线性能量啁啾与多维相空间操控的阿秒电子束团压缩新方法，在MeV超快电子衍射束线中实现了高压缩比、低时间抖动的阿秒电子束，为超快科学及相关加速器应用提供了新途径。
2025-05-18 physics.acc-ph
Studies of Nanotube Channeling for Efficient Beam Scraping at Accelerators
虽然粒子束转向（特别是“刮”）在加速器弯曲通道晶体是一个成熟的技术广泛测试在IHEP Protvino和其他主要的高能实验室，一个有趣的问题是如何可以提高通道能力通过应用现代纳米技术。纳米管沟道效应的理论研究是近年来发展起来的。在这项工作中，我们评估了真正的加速器系统的纳米管沟道的潜在好处。我们报告模拟研究的纳米结构材料（碳单壁碳纳米管和多壁碳纳米管）测试可能作为一个主要的刮刀的强子对撞机准直系统。纳米结构材料的优点作为一个潜在的选择，在高能加速器，如大型强子对撞机或Tevatron的主要刮刀进行了讨论相比，晶格和非晶材料。我们评估与此应用相关的物理过程，并揭示纳米技术的要求。
2005-02-25 physics.acc-ph
Design of a multi-channel photonic crystal dielectric laser accelerator
为了对大多数科学和医学应用有用，紧凑型粒子加速器将需要比当前架构所能实现的高得多的平均电流。为此，我们提出了一种用于介质激光加速器的光子晶体架构，称为多输入多输出硅加速器（MIMOSA），其能够同时加速多个电子束，使总电子吞吐量增加至少一个数量级。为了实现这一点，我们证明了光子晶体必须支持倒易空间中$Γ$点处的模式，其归一化频率等于相位匹配电子的归一化速度.我们证明了MIMOSA的品质因数可以从相应的无限周期结构的本征模中推断出来，这为设计此类器件提供了一种强有力的方法.此外，我们扩展的MIMOSA架构的电子偏转器和其他电子操纵功能。这些额外的功能，与这些设备的增加的电子吞吐量相结合，允许在与当前制造技术兼容的完全集成架构中对电子束进行全光学片上操纵，这为非常规电子束成形、成像和辐射生成开辟了道路。
2020-01-27 physics.acc-ph physics.app-ph physics.optics
Nonlinear response in high-field dielectric laser accelerators
激光供电的电介质结构通过利用能够产生超过10 GV/m的电场的现代激光技术来实现高梯度粒子加速。这些场可以驱动体电介质超出其线性响应，并打破加速场和电子之间的相位同步性。在实验中，用能量密度为0.7J/cm $^2$的45 fs激光脉冲照射光栅复位介质结构，用高亮度的8 MeV电子束探测1.8GV/m的加速场。
2017-07-07 physics.acc-ph
Fermilab Proton Accelerator Complex Status and Improvement Plans
费米实验室在强度前沿开展了一项广泛的基于加速器的高能粒子物理研究计划，该计划依赖于8 GeV和120 GeV质子束线的操作，用于一些固定目标实验。由于质子改进计划（PIP）的升级，2017年实现了中微子目标上平均120 GeV束流功率为700 kW的世界纪录的常规操作。有计划将功率进一步增加到900 - 1000千瓦。FNAL加速器综合体的下一个重大升级，称为PIP-II，正在开发中。它的目标是在下一个十年中期LBNF/DUNE实验开始时达到1.2MW的束流功率，并假设用现代800 MeV超导RF直线加速器取代现有的40岁的400 MeV正常导电直线加速器。有几个概念可以在更换现有的8 GeV助推器同步加速器后将束流功率进一步增加一倍至>2.4MW。在这篇文章中，我们将讨论费米实验室质子加速器综合体的当前性能，未来二十年的升级计划和加速器研发计划，以解决这些升级的成本和性能风险。
2017-05-08 physics.acc-ph
Experiment and simulations of sub-ps electron bunch train generation at Fermilab photoinjectors
最近，在费米实验室A0光电注入器上，利用横向-纵向相空间交换光束线，实验上实现了亚皮秒时间结构的电子束团串的产生。束团训练的时间分布可以很容易地调节，以满足现代加速器束流应用的要求。在本文中，我们报告的A0束流列车实验，并探讨了这种技术的可能扩展到更短的时间尺度在费米实验室SRF加速器测试设施，超导线性电子加速器目前正在建设中的NML大楼。
2012-01-27 physics.acc-ph
Accelerator and Beam Physics: Grand Challenges and Research Opportunities
加速器和束流物理学（ABP）是研究带电粒子束的运动、产生、加速、操纵、预测、观察和使用的科学。它专注于基本的长期加速器和束流物理研究和开发。加速器和束流物理学的研究在加速器科学方面取得了重要进展，但对这项研究的支持正在下降。NSF已终止其加速器科学计划，DOE通过GARD和加速器管理提供的资金一直稳定或下降。对加速器研究的支持减少将减缓进展，并威胁到加速器科学的学生培训和劳动力发展。我们提出了一个强大的和科学上具有挑战性的计划，在加速器和束流物理，这将定位美国高能物理领域是生产力和竞争力的几十年来。
2022-03-14 hep-ex physics.acc-ph
Beam optics and lattice design for particle accelerators
这份手稿的目的是介绍磁铁晶格的设计，以及同步加速器或储存环中粒子的横向动力学。从如何设计环的几何形状的基本原则开始，我们将简要地回顾粒子的横向运动，并应用这些知识来研究主要元素（即晶格单元）的布局和优化。在细胞内的加速器磁铁的详细安排进行了解释，并将被用来计算定义良好的和可预测的光束参数。更具体的治疗低β插入包括以及分散抑制器的概念，是现代对撞机环不可或缺的一部分。
2013-03-26 physics.acc-ph
Basics of RF electronics
RF电子学处理高频信号的产生、采集和处理。在粒子加速器中，这类信号是丰富的，特别是在RF和束诊断系统中。在现代机器中，专用于RF操纵、束诊断和反馈的电子组件的复杂性随着加速器性能的提高而不断增加。然而，这些系统，特别是它们的前端和后端，仍然依赖于完善的基本硬件组件和技术，而下变频和采集的信号是利用可用技术提供的快速增长的计算能力进行数字处理的。本讲座回顾了用于高频信号处理的基本构建模块的工作原理。器件，如混频器，相位和幅度检测器，调制器，滤波器，开关，定向耦合器，振荡器，放大器，衰减器，和其他方面的等效电路，散射矩阵，传递函数的描述;市售型号的典型性能。由于这一主题的广泛性，本审查必然是综合性的，并非详尽无遗。对使用所述组件的完整系统架构感兴趣的读者，以及致力于产生和操纵驱动RF功率厂和腔体的信号的读者，可以参考CAS关于低电平RF的讲座。
2011-12-14 physics.acc-ph
Energy Compression and Stabilization of Laser-Plasma Accelerators
激光等离子体加速器在加速强度上比目前的射频技术强几个数量级。然而，使它们能够为要求苛刻的应用提供具有竞争力的光束质量，特别是在能量扩散和稳定性方面，仍然是一个重大挑战。在这封信中，我们建议结合聚束减压和主动等离子体去啁啾，以大幅提高激光等离子体加速器光束的能量分布和稳定性。现实的开始到结束的模拟表明，这些加速后的相空间操纵的潜力，同时减少初始能量扩展和能量抖动的$\sim1$到${\lesssim} 0.1 \%$，关闭传统的加速方案的光束质量差距。
2022-09-06 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Longitudinal phase space manipulation in energy recovering linac-driven free-electron lasers
在电子束参与自由电子激光（FEL）相互作用之后，能量恢复可能是相当具有挑战性的，因为在减速期间发生的大量FEL诱导的能量扩散和能量反阻尼。在Jefferson实验室的红外自由电子激光驱动加速器中，通过采用所谓的能量压缩方案，通过在整个再循环输运中适当地匹配纵向相空间来实现这样的能量回收方案。在本文中，提出了一个单粒子动力学方法的方法用于能量恢复的电子束后，我们报告的实验验证的方法获得的所谓的“压缩效率”和“动量压缩”晶格转移图在不同位置的再循环传输线的测量。我们还比较了这些测量与数值跟踪模拟。
2002-11-12 physics.acc-ph
TeV/m Nano-Accelerator: Investigation on Feasibility of CNT-Channeling Acceleration at Fermilab
高梯度加速和高功率束的严格相空间控制的发展是未来轻子和强子对撞机的关键因素，因为对更高能量和光度的日益增长的需求显着提高了现代HEP设施的成本。已知晶体中的原子通道由10 - 100 V/m的势垒组成，所述势垒能够引导和准直高能束，提供具有非常高梯度（TeV/m）的连续聚焦加速度。然而，天然晶体中的通道只有埃大小，并且在物理上容易受到高能相互作用的影响，这阻碍了晶体应用于高功率加速器。碳基纳米晶体如碳纳米管（CNTs）和石墨烯具有很大的尺寸柔性和热机械强度，可用于微波束的沟道加速。合成晶体的纳米通道可以接受比天然晶体大几个数量级的相空间体积的通道颗粒，具有高得多的热耐受性。本文介绍了费米实验室先进超导试验加速器（ASTA）的CNT沟道加速研究的现状。
2015-04-01 physics.acc-ph
Introduction of Modern Subsystems at the KEK Injector-linac
由于加速器控制系统存在了几年，因此通常会将新的子系统引入原始控制系统。自1993年以来，KEK电子/正电子注入器直线加速器的控制系统一直使用Unix工作站和VME计算机。在八年的运营中，我们通过引入a）Windows PC，b）带网络接口的PLC控制器和c）基于现代信息技术的Web服务器来扩展系统。虽然这种新的子系统对于改进控制功能是必不可少的，但它们经常导致与原始控制系统的通信问题。我们讨论了遇到的问题，并提出了我们的解决方案。
2001-12-13 physics.acc-ph
Protection of Accelerator Hardware: RF systems
射频（RF）系统是产生用于束流加速的电场的关键元件。为了保持系统的可靠性，需要一个高度复杂的保护方案，该方案的设计还应确保光束可用性和机器安全性之间的良好平衡。由于射频系统是复杂的，包含高电压和高功率设备，机器停机时间的很大一部分通常来自射频系统。RF系统中的设备和组件损坏导致长期且昂贵的维修。射频系统硬件保护是最古老的机器保护概念之一，用于保护单个高功率射频设备免受故障。随着现代加速器中束流功率的增加，保护加速结构免受束流诱导故障的影响也成为保护方案的一个关键方面。在这篇文章中，给出了RF系统的概述，并介绍了故障机制和保护要求的例子选择的主题。
2016-08-10 physics.acc-ph
Injection, Extraction and Matching
在这堂课中，我们将利用束流包络方程作为一个方便的数学工具，从基本原理出发，介绍现代加速器中束流聚焦和输运的主要概念。匹配条件适用于保持光束质量来自显着的光束动力学制度的模型。该模型的扩展等离子体加速器的情况下，介绍。也强调了与传统加速器的相似性和差异性的理解。
2017-05-30 physics.acc-ph
Relativistic electron beam acceleration in a zero-slippage terahertz-driven Inverse Free Electron Laser scheme
太赫兹辐射承诺突破性的进步，紧凑的先进加速器由于高频率和GV/m场可实现的，数量级大于传统的射频（RF）为基础的加速器。与激光驱动的方案相比，太赫兹驱动的加速器的大的相位接受是有利的操作与相当大的电荷。尽管研究正在蓬勃发展，但太赫兹源，特别是基于激光的太赫兹源，还不能与用于高平均电流加速器的RF放大器的效率竞争。然而，太赫兹为基础的相空间操纵是直接的利益，为各种应用，包括电子衍射/显微镜和紧凑的自由电子激光应用程序的超短聚束的产生和诊断。维持电子束和短激光产生的THz脉冲之间的重叠和同步的挑战迄今为止将相互作用限制在几毫米的尺度上。讨论了一种新的近单周期太赫兹辐射与相对论电子束的米级相互作用的群速和相速匹配方案。我们展示了高达150千电子伏的能量调制，使用适度的太赫兹脉冲能量（高达1微焦耳）。我们将这种大而有效的能量交换应用于相对论光束的光束压缩和时间戳，为实现基于激光的THz加速器所带来的独特机会铺平了道路。
2017-10-05 physics.acc-ph
Design Considerations for Proposed Fermilab Integrable RCS
可积光学是粒子加速器设计中的一项创新，它在避免参量共振的同时提供强非线性聚焦。可积光学的一个很有前途的应用是克服由电子感应加速器调谐扩展和集体不稳定性对加速器强度的传统限制。高强度可积分加速器的效率将在未来几年内在费米实验室可积分光学测试加速器（IOTA）和马里兰大学电子环（UMER）进行全面测试。我们提出了一个可集成的快速循环同步加速器（iRCS）作为费米实验室助推器的替代品，以实现费米实验室高能中微子计划的多兆瓦束流功率。我们提供了一个概述的机器参数，并讨论了一种方法，晶格优化。可积光学需要具有整数π相位超前的弧，然后是具有匹配的β函数的漂移。我们提供了一个例子可积晶格的功能，现代RCS -长色散自由漂移，低动量压缩，超周期性，色度校正，分离功能的磁铁，和有界β函数。
2017-03-02 physics.acc-ph
Beam Cleaning and Collimation Systems
以LHC为案例，回顾了粒子加速器多级束流准直系统的设计，强调其在控制高能束流损失、防止设备损坏中的关键作用及运行挑战。
2025-11-05 physics.acc-ph
Novel ASTA Users Facility At Fermilab: A Testbed For Superconducting RF Technology And ERL R&D
目前正在费米实验室调试的高级超导测试加速器（ASTA）将使广泛的基于束流的实验能够研究束流强度的基本限制，并开发粒子束产生，加速和操纵的变革性方法。ASTA结合了一个超导射频（SRF）直线加速器，耦合到一个光电注入器和能够存储电子或质子的小周长存储环。ASTA将为能源前沿设施的研发建立一个独特的资源，并为SRF加速器和高亮度光束应用（包括ERLs）建立一个测试平台。ASTA的独特之处包括：（1）高重复率，（2）美国最高的峰值和平均亮度之一，(3)一个GeV级的束流能量，（4）一个非常稳定的束流，（5）SRF和高质量束流的可用性，以及（6）一个存储环能够支持广泛的环为基础的先进的束流动力学实验。这些独特的功能将促进先进加速器研发的广泛计划，这在其他地方无法进行。我们描述了ASTA及其实验计划，特别强调了与ERL相关的加速器研发机会。
2014-09-19 physics.acc-ph
Interaction Between Beams and Vacuum System Walls
在现代高强度加速器中，循环束以多种方式与真空束管相互作用，引起各种不同的现象。其中大多数已经在本CAS报告的其他贡献中详细讨论过。我在这里集中在与加速器束管中的电子的存在相关的影响。众所周知，加速器中的低能电子与循环束相互作用，导致形成所谓的e $^-$云。e $^-$云效应对光束质量和稳定性是有害的，特别是对于带正电荷的光束。我将首先描述导致加速器中e $^-$云形成的起源和基本特征，这不仅取决于束流特性，而且主要取决于真空容器表面特性。这种材料的性质和方法可以研究他们将在这里简要介绍。最后，一些电子$^-$云缓解策略，采用和提出到目前为止将被描述和讨论。
2020-06-05 physics.acc-ph
Elements of a dielectric laser accelerator
高能粒子束在基础研究、医学和相干X射线产生中的广泛使用，加上现代射频（RF）加速器设备和设施的大尺寸，已经激发了对在RF之外的机制中操作的替代加速器的强烈需求。在光学频率下工作的电介质激光加速器（DLAs）-透明的激光驱动纳米级电介质结构，其近场可以同步加速带电粒子-已经证明了各种激光波长，材料和电子束参数的高梯度加速，可能使小型化加速器和桌面相干x射线源成为可能。为了实现一个有用的（即可扩展的）DLA，关键的发展仍然是：级联的组件，包括持续的相位同步，以达到任意的最终能量，以及偏转和聚焦元件，以保持光束沿设计轴准直。在这里，所有这些元素都是用亚相对论电子束演示的。特别地，通过用两个时空分离的脉冲激光束照射纳米光栅来产生两个相互作用区域，我们证明了电子能量增益从0.7到1.4 keV的相位控制倍增（初始束能量的2.5%至5%）并且通过使用啁啾光栅几何形状，我们克服了25 keV电子的退相限制，将它们的能量增益增加到激光功率限制为它们初始能量的10%。此外，通过抛物线光栅几何形状实现焦距低于200微米的电子束的光学驱动横向聚焦。这些结果奠定了未来小型化相位同步真空结构加速器的基石。
2016-06-06 physics.acc-ph
Cyclinacs: Fast-Cycling Accelerators for Hadrontherapy
我们提出了一个创新的快速循环加速器复杂的构思和设计，最好的利用加速离子束的强子治疗的属性。回旋加速器由回旋加速器组成，回旋加速器也可用于其他有价值的医疗和研究目的，随后是高梯度直线加速器，其能够产生最优化的离子束，用于使用最现代的技术照射实体肿瘤。介绍了回旋加速器的性质以及质子和碳离子的设计研究，并讨论了回旋加速器在强子治疗中的优势。
2009-02-20 physics.acc-ph physics.med-ph
Accelerating Control Systems with GitOps: A Path to Automation and Reliability
Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）
本文介绍ACORN项目如何利用GitOps、容器化和基础设施即代码等现代技术实现费米实验室控制系统的自动化与可靠性现代化。
2025-11-07 cs.SE physics.acc-ph
Hydrostatic Level Sensors as High Precision Ground Motion Instrumentation for Tevatron and Other Energy Frontier Accelerators
粒子加速器推动了我们知识的极限，以寻找关于微观世界和我们宇宙的最基本问题的答案。在这些追求中，加速器发展到越来越高的能量和粒子束强度以及越来越小的束尺寸。其结果是，现代现有的和计划中的能源前沿加速器的要求非常严格的公差对齐和稳定性的元素：磁铁，加速腔，真空室等。在这篇文章中，我们描述了仪器开发和使用的加速器费米实验室的Tevatron（FNAL，巴达维亚，IL美国）和研究走向国际直线对撞机（ILC）。该仪器包括用于甚低频测量的静压液位传感器（HLS）。我们提出的传感器的设计特点，概述其技术参数，描述测试和校准程序，并讨论不同的操作制度。这些探测器的地面运动测量的实验结果将在随后的文件。
2012-05-08 physics.acc-ph physics.ins-det
On-Chip Laser Power Delivery System for Dielectric Laser Accelerators
提出了一种基于分形树枝型介质波导网络的介质激光加速器片上光功率传输系统。该系统用基于精确纳米制造的芯片集成技术取代了实验上要求严格的驱动激光束的自由空间操纵，使这些微型加速器的相互作用长度和总能量增益能够获得数量级的增加。基于计算模型，在相对论制度，我们的激光传输系统估计提供21 keV的能量增益超过192 μ m的加速长度与一个单一的激光输入，对应于108 MV/m的加速梯度。该系统可以通过顺序照射49个相同的结构在小于1cm的距离上实现1 MeV的能量增益。这些研究结果进行了验证，详细的数值模拟和建模的子组件，我们提供了一个讨论的主要限制，挑战和相关参数方面的片上激光耦合介质激光加速器。
2017-09-13 physics.acc-ph physics.app-ph physics.optics
Production and manipulation of stable frozen hydrogen filaments
本文介绍了一种新型低温靶发生器，产生直径10微米的冷冻氢丝，在真空下保持超过60小时稳定，并通过氦气喷嘴实现高达15.7度的偏转操控，为加速器实验提供了无需机械移动的靶束调整方案。
2025-04-11 physics.acc-ph physics.ins-det
Angular momentum dynamics of vortex particles in accelerators
School of Physics and Engineering, ITMO University（ITMO大学物理与工程学院）；Petersburg Nuclear Physics Institute of NRC “Kurchatov Institute”（核科学研究所“库尔恰托夫研究所”圣彼得堡核物理研究所）
研究加速器中涡旋粒子的角动量动力学，发现其OAM损失时间尺度长于常规加速时间，非辐射动力学由不同频率的预倾运动支配，可低能量破坏OAM，提出使用直线加速器加速涡旋束。
2026-03-02 hep-ph physics.acc-ph quant-ph
Autonomous discovery of accelerator commissioning algorithms
Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
该研究提出语言模型智能体闭环循环，自主发现加速器调试算法，在ALS-U储存环射频束流捕获任务中取得良好效果，生成多目标非支配算法，推动调试研究模式转变。
2026-08-10 cs.AI physics.acc-ph
Muon Collider Progress: Accelerators
μ子对撞机将是探索轻子能量前沿的有力工具，并将补充大型强子对撞机目前正在进行的研究。这种装置将提供几个重要的好处。μ子和电子一样，都是点粒子，所以所有的质心能量都可以用来产生粒子。此外，由于它们的质量较高，μ子产生的同步辐射非常少，产生的束辐射也非常少。第一个特点允许使用一个圆形对撞机，它可以有效地利用昂贵的射频系统，并且它的占地面积与现有的实验室场地兼容。第二个特征导致在碰撞点处的相对窄的能量扩散。为μ子对撞机设计加速器复合体是一项具有挑战性的任务。首先，μ子是作为第三束产生的，因此需要高功率质子束和能够承受它的靶，以提供所需的~1 \times 10 ^34 cm^-2 s ^-1的亮度。其次，束最初产生具有大的6D相空间，这需要用于减小μ子束流发射度（“冷却”）的方案。最后，μ子的寿命很短，所以所有的束操纵都必须非常迅速地完成。μ子加速器计划由费米实验室领导，包括一些美国国家实验室和大学，已经开展了旨在最终建造μ子对撞机的设计和研发活动。这种设施的设计特点和配套的R&D计划进行了说明。
2011-09-14 hep-ex physics.acc-ph
Weak-Strong Steady-State Microbunching Accelerator Light Source
Institute for Advanced Study, Tsinghua University（清华大学高等研究院）；Department of Engineering Physics, Tsinghua University（清华大学工程物理系）
提出通过特定相空间操纵及激光调制器实现弱强稳态微聚束的方法，可将束团转换为超高谐波密度调制或进行能量聚束，应用于多种辐射产生及束长能量控制，为加速器相关研究与开发建立新范式。
2026-07-13 physics.acc-ph physics.app-ph physics.optics
Trend-Based SAC Beam Control Method with Zero-Shot in Superconducting Linear Accelerator
本文提出基于趋势的SAC束流控制方法TBSAC，可在模拟环境训练后零样本部署到真实超导直线加速器，在CAFe II轨道校正和LPI传输效率优化任务中显著缩短调试时间并达到专家水平。
2023-05-25 cs.AI cs.LG cs.SY
