Evolutionary genetic optimization of the injector beam dynamics for the ERL test facility at IHEP
能量恢复直线加速器实验装置（ERL-TF）是北京高能物理研究所提出的一种紧凑型ERL-FEL（自由电子激光）两用装置。作为ERL-TF的重要组成部分，对光阴极直流电子枪启动的光阴极注入器进行了设计和初步优化。本文提出了一种进化遗传算法，即非支配排序遗传算法Ⅱ，用于优化注入器束流动力学，特别是在高电荷运行模式下。研究表明，采用均方根横向尺寸为1~ 1.2mm的入射激光，可使电子束在注入器末端的归一化发射度保持在1 mm·mrad以下。本文的工作与前期采用迭代扫描方法对低充量运行模式的优化结果一起，为ERL-TF注入器的建设和调试提供了指导和信心。
2013-11-08 physics.acc-ph
BBU effect in an ERL-FEL two-purpose test facility
能量恢复直线加速器（ERL）和自由电子激光（FEL）被认为是第四代光源的候选者。提出了将自由电子激光与电子激光装置相结合，以综合电子激光和电子激光的优点，实现紧凑型两用光源的设想。北京高能物理研究所正在设计验证这一原理的实验装置。一个主要的问题是束分裂（BBU）的不稳定性，限制了可用的束流。为此，我们开发了一个数值模拟代码来计算的BBU阈值，这是发现只有一个小的减少，即使在高自由电子激光束团电荷的操作模式，与ERL束团的情况相比。然而，即使与ERL束流远低于BBU阈值，我们观察到的ERL聚束的中心轨道的自由电子激光束的存在下的波动。然后，我们提出了一个物理模型的BBU和理解的ERL-FEL两用机的轨道波动的机制。我们发现，通过选择合适的自由电子激光束团重复率，可以很好地控制中心轨道波动幅度。
2013-06-14 physics.acc-ph
Space Charge-Induced Emittance Growth in the Downstream Section of ERL Injectors
针对ERL注入器低能段束团因偏转匹配更易受空间电荷影响导致束流品质下降的问题，本文全面分析空间电荷的影响并提出新设计理念以维持束流品质。
2024-12-16 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
Energy and RF Cavity Phase Symmetry Enforcement in Multi-turn ERL Models
在多程能量回收直线加速器（ERL）中，每个腔必须在束流减速期间重新获得从束流加速消耗的所有能量，并且束流应该在将其返回到直线加速器的每个循环期间实现特定的能量目标。为了完全能量回收，并且为了使每个返回光束满足环路能量要求，除了选择适当的飞行时间之外，我们还必须指定并保持腔场的相位和电压。这些参数是用全尺寸数值优化程序得到的。如果我们在加速和减速期间在时间和能量上施加对称性，则需要更少的参数，从而简化优化。作为一个例子，我们提出了对称模型的康奈尔BNL ERL测试加速器（CBETA）的解决方案，满足优化目标的环路能量和零腔加载。相同的腔设计和几乎均匀的直线加速器布局使CBETA成为对称操作的潜在候选者。
2019-09-05 physics.acc-ph
The Cornell-BNL FFAG-ERL Test Accelerator: White Paper
本白皮书介绍康奈尔大学与BNL合作的Cβ项目，即首台基于NS-FFAG结构的ERL测试加速器，验证相关概念以支撑eRHIC建设，复用现有组件仅新建FFAG磁结构，可提供高性价比紧凑高亮度电子束，推动多领域科研与应用发展。
2015-04-02 physics.acc-ph
Beam Breakup Instability Studies of Powerful Energy Recovery Linac for Experiments
本文研究PERLE能量回收直线加速器的束流崩溃不稳定性，提出最优填充模式与束团定时策略，并验证HOM阻尼器可将阈值电流提升至设计值十倍以上。
2024-09-04 physics.acc-ph
The design of high-brightness ERL-FEL injector based on VHF electron gun
本文设计了基于VHF电子枪、100 pC电荷量的ERL-FEL注入器，通过BMad和ASTRA优化使束流发射度小于0.6 mm mrad、峰值电流超过18 A，并提出评估合并段纵向空间电荷效应的新方法及一种性能与zigzag合并器相当的新型合并器。
2024-10-23 physics.acc-ph
Using the LHeC ERL to generate high-energy photons
本文探讨了如何利用大型强子电子对撞机（LHeC）中的能量回收直线加速器（ERL）产生高能光子，通过自由电子激光（FEL）和激光康普顿散射（LCS）技术，为核物理、高能物理及蛋白质晶体学等领域提供光子源。
2023-05-24 physics.acc-ph
Energy recovery operation for continuous-wave X-ray free-electron lasers
超导直线加速器工作在连续波模式下，可以产生重复频率为兆赫的X射线自由电子激光（XFEL），具有向多个终端站提供宽谱段相干辐射的能力。在这封信中，能量恢复直线加速器（ERL）模式提出了灵活控制电子束能量的连续波超导直线加速器。对上海高重复频率XFEL和极轻装置的直线加速器进行了理论研究和多维数值模拟。结果表明，在最后25个低温模块中进行ERL操作，可以显著放宽对RF功率系统的严格要求。在ERL模式下，如果耗尽射频功率，最大电子束能量可从8.74GeV提高到11.41GeV。介绍了ERL运行的优化、多能电子束输运和XFEL性能的改善。
2020-07-27 physics.acc-ph
eRHIC Design Study: An Electron-Ion Collider at BNL
本研究提出依托现有RHIC设施建造电子-离子对撞机eRHIC的方案，采用创新加速器技术实现极化电子与强子束对撞，满足QCD前沿研究的关键测量需求。
2014-12-18 nucl-ex physics.acc-ph physics.ins-det
Very Asymmetric Collider for Dark Matter Search below 1 GeV
目前对质量范围在1 GeV以下的暗光子的搜索需要一个亮度至少为$10^{34}$ cm $^{-2}$ s $^{-1}$的电子-正电子对撞机。挑战在于，在如此低的能量下，对撞机的亮度由于光束尺寸的增加、碰撞光束的强烈相互聚焦以及集体效应的增强而迅速下降。利用加速器技术的最新进展，如超级KEK-B的纳米束方案，高电流能量回收直线加速器（ERL）和磁化束，我们提出了一种新的配置的电子-正电子对撞机的基础上的正电子存储环和电子ERL。它允许在动量能量小于1 GeV的中心处获得$>10^{34}$ cm $^{-2}$ s $^{-1}$的光度。我们提出了一般的考虑和这样的设施使用的参数SuperKEK-B正电子储存环和康奈尔ERL项目的一个具体例子。
2017-04-28 physics.acc-ph
Photocathode Behavior During High Current Running in the Cornell ERL Photoinjector
康奈尔大学的能量回收直线加速器（ERL）的光电注入器最近已证明在20毫安约8小时的操作，利用多碱光电阴极沉积在硅基板上。我们描述了光电阴极沉积的配方，并将详细说明运行的参数。运行后分析的光阴极表明存在显着损害的基板，可能是由于离子从残留的束线气体回轰击。虽然基板损坏的确切原因仍然未知，我们描述了多个表面表征技术（X射线荧光光谱，X射线衍射，原子力和扫描电子显微镜）用于研究有趣的形态和晶体学特征的光阴极表面后，其用于高电流束生产。最后，我们提出了一个简单的模型，由于离子背轰击，这同意定性的损伤在衬底表面上的分布的晶体损伤。
2011-10-16 physics.acc-ph
Asymmetric Dual Axis Energy Recovery Linac for Ultra-High Flux sources of coherent X-ray/THz radiation: Investigations Towards its Ultimate Performance
为了使相干高亮度和强度的THz和X射线辐射源被大学或工业研发实验室接受，需要真正紧凑、高电流和高效的粒子加速器。对紧凑性和效率的需求可以通过超导RF能量回收直线加速器（SRF ERL）来满足，其允许有效地最小化占地面积并最大化系统的效率。然而，这样的设置受到再生射束中断（BBU）不稳定性的影响，这限制了射束电流并且可能终止射束传输以及能量回收。本文提出并讨论了一种加速腔和减速腔共振耦合的非对称结构的同步辐射场ERL。在这种类型的SRF ERL中，电子聚束通过加速和减速腔一次，正如我们在这种情况下所示，再生BBU不稳定性可以最小化，从而实现高电流。我们通过分析和数值模型研究了这种非对称ERL中的BBU启动电流，并讨论了这种系统的性质。
2016-07-07 physics.acc-ph
Suppression of the Fast Beam-Ion Instability by Tune Spread in the Electron Beam due to Beam-Beam Effects
快束离子不稳定性是由电子束训练与残余气体离子相互作用引起的。电子束势阱中的离子振荡由于电位的非线性分布而具有固有的频率扩展。然而，这种频率扩展和与之相关的朗道阻尼通常不足以抑制不稳定性。在这项工作中，我们开发了一个模型，该模型考虑到电子束中的频率扩展，由于电子-离子对撞机中的束-束相互作用。我们表明，具有足够大的束-束参数的快离子不稳定性可以被抑制。我们估计这种效应的强度的eRHIC电子-离子对撞机的参数。
2019-10-21 physics.acc-ph
Scientific opportunies for bERLinPro 2020+, report with ideas and conclusions from bERLinProCamp 2019
能量恢复直线加速器（ERL）范例提供了产生具有极小的六维相空间的高质量强电子束的希望，用于物理科学、材料科学、化学、健康、信息技术和安全中的许多应用。Helmholtz-Zentrum Berlin于2010年启动了一项密集的研发计划，通过建立具有50 MeV光束能量和高平均电流的bERLinPro（柏林ERL项目）ERL，来应对与ERL作为未来光源驱动器相关的挑战。该项目即将在2020年达到其主要里程碑，即加速和恢复高亮度电子束。bERLinProCamp 2019的目标是讨论bERLinPro 2020+的科学机会。bERLinProCamp 2019于2019年9月17日星期二在德国柏林的Helmholtz-Zentrum Berlin举行。本文件概述了研讨会的主题和成果。
2020-01-08 physics.acc-ph
Energy Recovery Linac Based Fully Coherent Light Source
能量恢复直线加速器（ERL）是产生高重复率、高亮度电子束的理想加速器。ERL驱动自由电子激光的应用目前受到其低峰值电流的限制。在本文中，我们考虑结合ERL与最近提出的角度色散引起的微聚束技术，产生完全相干的辐射脉冲，具有高的平均亮度和可调的脉冲长度。开始到结束的模拟已经进行了基于低能量ERL（600兆电子伏）产生相干EUV辐射脉冲。实验结果表明，在13.5 nm和20 W波长处，该技术的平均亮度超过10^25 phs/s/mm ~ 2/mrad ~ 2/0.1%BW，平均功率约为100 W，光谱分辨率约为0.5 meV。进一步扩展所提出的计划，以更短的波长的基础上的ERL复杂的进行了讨论。
2021-08-13 physics.acc-ph
Multi-component measurements of the Jefferson Lab energy recovery linac electron beam using optical transition and diffraction radiation
高亮度电子加速器（诸如能量恢复直线加速器（ERL））通常具有复杂的粒子分布，这可能在束传输以及与诸如用于从束产生辐射的摆动器的装置匹配方面产生困难。光学渡越辐射（OTR）、光学渡越辐射干涉术（OTRI）和光学衍射-渡越辐射干涉术（ODTRI）已被证明是诊断带电粒子束空间和角分布的有效工具。OTRI和ODTRI已被用来测量均方根发散和光学横向相空间映射已被证明使用OTRI。在这项工作中，我们提出了使用OTR和ODR在杰斐逊实验室115兆电子伏ERL进行的诊断实验的结果，其中显示存在两个单独的组件内的空间和角分布的光束。通过假设空间和角度特征之间的相关性，我们估计两个分量中的每一个的均方根发射度值。
2008-06-27 physics.acc-ph
Cooling Rate for Microbunched Electron Cooling without Amplification
微聚束电子冷却（MBEC）是D.拉特纳是一种很有前途的冷却技术，可以在未来的强子和电子离子对撞机中找到应用。在本文中，我们开发了一个新的框架MBEC的研究，这是基于微观的1D波动的动力学分析的电子和强子束在相互作用和传播通过系统。在这个框架内，我们推导出一个分析公式的冷却速率和基准对1D计算机模拟与分析和数值结果之间的协议。然后，我们在电子通道中带有一个弯道的简单冷却系统中计算了拟议的电子-离子对撞机eRHIC的一组参数的预期冷却时间。虽然在这个系统中的冷却速率被证明是不足以抵消质子束中的束内散射，我们讨论了如何通过使用等离子体效应在束中的电子信号可以被放大两个数量级。
2018-10-12 physics.acc-ph
High-Intensity and High-Brightness Source of Moderated Positrons Using a Brilliant gamma Beam
目前，在正常传导电子直线加速器或（超导）能量恢复直线加速器（ERL）的基础上，通过来自高亮度电子束的光子的康普顿背散射，朝着开发高亮度伽马束进行了大量的努力。特别是ERL的提供了一个非常辉煌的电子束，从而能够产生最高质量的伽马射线束。一束2.5 MeV的伽马射线束，其预期强度为10^15 s^-1，最终设想用于基于ERL的伽马射线束设施，窄带宽（10^-3）和极低的发射度（10^-4 mm^2 mrad ^2），为产生高强度明亮的极化正电子束提供了可能性。正面辐照W转换箔中的电子对产生（200微米厚，10毫米长）将导致每秒发射2 × 10^13（快）正电子，这比实验室中常规使用的强放射性^22Na源高出四个数量级。使用一堆转换箔和随后的正电子慢化，可以产生高强度低能量的慢化正电子束。两种不同的源设置：直径低至0.2 mm的高亮度正电子束和每秒3 x 10^11个慢化正电子的高强度束。因此，得益于改进的慢化效率，设想的正电子强度将超过目前高强度正电子源的强度100倍。
2011-04-14 nucl-ex physics.acc-ph
Bright Ångstrom and Picometre Free Electron Laser Based on the LHeC Energy Recovery Linac
大型强子电子对撞机（LHeC）是一个未来的粒子物理学项目，将来自六程循环能量回收直线加速器（ERL）的60 GeV电子与储存在LHC中的7 TeV质子进行碰撞。ERL技术允许更高的束流，因此比传统的直线加速器具有更高的亮度。高电流、高能量的电子束还可以用于驱动自由电子激光（FEL）。在这项研究中，我们研究了基于LHeC的自由电子激光器的性能，该自由电子激光器在一圈或两圈后使用电子束以自放大自发发射模式工作，电子束能量为，例如，10、20、30和40 GeV，旨在产生波长范围从8~ 10 μ m到0.5~ 10 μ m的X射线脉冲。此外，我们探索了一种可能的路径，使用40 GeV的电子束产生光子脉冲在更低的波长，下降到几个皮米。我们证明，这种ERL为基础的高能量自由电子激光将有可能提供数量级更高的平均亮度比任何其他自由电子激光现有的或建议在1000波长。它也可能允许一个开拓性的一步进入皮米波长制度。
2021-08-20 hep-ex physics.acc-ph
Energy recovery twin linear $e^+e^-$, $e^-e^-$ colliders (ERLC ) with high luminosities and accelerating gradients
Institute of Nuclear Physics（核物理研究所）；Novosibirsk State University（新西伯利亚国立大学）
本文研究了双线性 $e^+e^-$ 和 $e^-e^-$ 对撞机在脉冲和连续波模式下的亮度特性，证明亮度与加速梯度无关，且在不同模式下亮度与腔体品质因子呈不同比例关系，展示了其在高能物理实验中的潜力。
2026-05-15 hep-ex hep-ph physics.acc-ph
PERLE: Powerful Energy Recovery Linac for Experiments - Conceptual Design Report
本文介绍了一种用于多匝、大电流、大能量直线电子加速器能量回收技术开发和应用的新型ERL装置的概念设计。强大的能量回收直线加速器实验设施（PERLE）的主要特点是来自大型强子电子对撞机的设计，电子束升级正在研究的大型强子对撞机，它将是关键的演示。因此，PERLE预计将成为一个研究高效、高电流（> 10 mA）ERL操作的设施，其中三个再循环通道通过新设计的SCRF腔，频率为801.58 MHz，然后在另外三个再循环中减速。在其设备齐全的配置，PERLE提供了一个电子束的能量约为1 GeV。一个物理方案可能与PERLE的草图，包括高精度的弹性电子-质子散射实验，以及光-核反应前所未有的强度高达30兆电子伏的光子束能量，可以使用法布里-珀罗腔。该设施还可作为通用技术测试平台，用于研究和验证新型超导磁体（束流感应失超测试）和超导RF结构（高电流束流、束流加载和瞬态的结构测试）。除了关于操作方面的章节外，报告还详细考虑了SCRF结构的选择，光学和晶格设计，电弧磁体，源和注入器的解决方案以及其他重要组件。从这里提出的设计概念中得出的合适的配置接下来可能会被推进到技术设计中，并且可能由正在建立的国际合作来建造。
2017-05-24 physics.acc-ph
High-efficiency broadband THz emission via diffraction-radiation cavity
基于加速器的太赫兹（THz）辐射有望实现高功率宽带光源。提出了一种利用低发射度、短束团、高重复频率电子束在光学腔中实现相干衍射辐射的方案。该方案利用束团间的受激辐射过程，大大提高了辐射发射效率。我们进行了一项实验与超导直线加速器建造的能量回收直线加速器（ERL）的测试设备。电子束穿过腔镜上的小孔而不被破坏。当扫描腔的往返长度时，观察到尖锐的太赫兹共振信号，其指示与束减速相关的宽带受激辐射。该观察证明了由于受激辐射过程而导致的有效的射束到辐射能量转换。
2019-02-20 physics.acc-ph
An electron-hadron collider at the high-luminosity LHC
CERN, Organisation européenne pour la recherche nucléaire（欧洲核子研究中心）；AGH University of Kraków（克拉科夫AGH科技大学）
本文提出在高亮度LHC上建设低能电子-重子对撞机的概念，探讨其加速器技术、束流动力学及科学潜力。
2025-12-31 hep-ex physics.acc-ph
Suppression of the emittance growth induced by coherent synchrotron radiation in triple-bend achromats
在束团长度短、峰值电流大的高亮度光源和直线对撞机中，弯曲路径上的相干同步辐射（CSR）效应对横向发射度的稀释起着重要作用。抑制由CSR引起的发射度增长对于保持光束质量和帮助改善机器性能是至关重要的。结果表明，双弯消色差透镜（DBA）中的CSR效应可以用二维点反冲分析方法进行分析。本文应用该方法分析了能量恢复直线加速器光学设计中常用的对称布局三弯消色差透镜的CSR效应。给出了消除CSR线性效应的条件，并通过数值模拟进行了验证。结果表明，在此条件下，束流的发射度可以保持不变，并且在很大程度上对束流初始横向相空间分布的起伏有很高的容忍度。
2014-12-16 physics.acc-ph
Investigation on the Ion Motion towards Clearing Electrodes in High-Brightness Electron Accelerators
由现代加速器提供的高亮度电子束需要几种措施来保持其高质量并避免不稳定性。减轻残余离子的影响是这些措施之一。如果目标是与高重复率相结合的高聚束电荷，则这是特别重要的。这是因为离子可能被捕获在电子束的强负电势中，导致发射度爆炸，增加束晕以及纵向和横向不稳定性。在过去的几十年中，三种离子清除策略已被应用于抵消离子对电子束的降解影响。这些策略是安装清除电极、在填充图案中引入间隙和电子束振动。目前，他们的优点作为下一代高亮度加速器，如能量回收直线加速器（ERLs）的清除策略正在通过数值和实验研究进行深入调查。在这种情况下，特别感兴趣的是多用途电极的性能，这些电极被设计成使得它们允许同时进行离子清除和射束位置监测。此类电极将安装在bERLinPro设施中。在本文中，我们提出了数值研究的行为，由电子束产生的离子，而通过场的清除电极。目的是研究离子向电极的运动，并研究在何种情况下以及在何种比例下建立离子产生和离子清除之间的平衡。据此，几种离子种类和电极的配置被认为是结合高亮度电子加速器的典型束流参数。此外，我们提出了详细的数值研究的多用途清除电极的性能计划为bERLinPro。
2019-10-09 physics.acc-ph
An Energy Recovery Linac for the LHeC
LHeC提供了一个强烈的高能电子束与LHC碰撞。它代表了能量回收直线加速器（ERL）技术的最高能量应用，该技术越来越被认为是粒子物理发展的主要先导技术之一，因为它利用并刺激了超导RF技术的进步，并且在保持低功耗的同时增加了强度。通过积分亮度目标确定LHeC瞬时光度。选择电子束能量以实现TeV cms碰撞能量，并实现竞争性搜索和精确的希格斯玻色子测量。墙上插头电源被限制在100兆瓦。两个长度约900米的超导直线加速器，它们彼此相对放置，每个加速通过的电子8.3 GeV。这导致在3圈跑道能量恢复直线加速器配置中的约50 GeV的最终电子束能量。
2022-06-15 hep-ex physics.acc-ph
Correction of crosstalk effect in the low energy RHIC electron cooler booster cavity
低能相对论重离子对撞机（RHIC）电子冷却器（LEReC）设计用于提供1.6 MeV至2.6 MeV的电子束，rms dp/p小于5e-4。超导射频助推腔是LEReC的主要加速元件。它是一个0.4细胞腔工作在2 K，提供2.2 MeV的最大能量增益。它是从实验能量回收直线加速器（ERL）光阴极电子枪的修改，因此具有基本功率耦合器（FPC），拾取（PU）耦合器（场探针）和HOM耦合器彼此靠近在腔的同一侧。FPC和PU之间的直接电容耦合（称为串扰效应）与颤噪失谐相结合，可引起超过LEReC总能量扩展要求的闭环电压波动。对该谐振腔中的串扰效应进行了建模、仿真和测量，提出并论证了一种校正方法，以抑制电压波动，满足能量扩散要求。
2022-01-14 physics.acc-ph
CERC -- Circular $e^+e^-$ Collider using Energy-Recovery Linac
本文提出了一种循环能量回收对撞机（CERC），它可以替代现有的基于两个100 km储存环或两个大型直线加速器的高能电子-正电子对撞机设计方案，以实现高能高亮度电子-正电子对撞机。使用位于相同大小的100公里隧道中的能量回收直线加速器（ERL）将允许大幅减少束流能量损失，从而减少功耗，同时提供更高的亮度。它还开辟了一条将质心（CM）能量扩展到500 GeV的道路，这将使双希格斯粒子的产生成为可能，甚至可以扩展到600 GeV，用于生产和测量顶级汤川耦合。此外，这种方法不仅可以回收能量，还可以回收粒子。这一特性为完全极化的电子束和正电子束的碰撞提供了可能性。
2022-03-14 hep-ex physics.acc-ph
$μ$LHC: Antimuon Ring and HL-LHC based $μ^+p$ Collider
TOBB University of Economics and Technology（TOBB经济与理工大学）；Ankara University（安卡拉大学）；Private Radikal Educational Institutions（私立Radikal教育机构）；Ankara University Institue of Accelerator Technologies（安卡拉大学加速器技术研究所）；Bursa Uludag University（布尔萨乌卢达格大学）；Turkish Accelerator and Radiation Laboratory (TARLA)（土耳其加速器和辐射实验室（TARLA））；European Organization for Nuclear Research (CERN)（欧洲核子研究组织（CERN））
提出基于HL-LHC的反μ子-质子对撞机概念设计，利用超冷μ子束技术实现5.3 TeV质心能量，亮度超10^{33} cm^{-2}s^{-1}，覆盖小x和高Q²区域，用于QCD、希格斯物理及BSM研究。
2026-06-15 hep-ex hep-ph physics.acc-ph
