On the Electromagnetic Design of a Beta_g= 0.61, 650 MHz Superconducting Radiofrequency Cavity
介绍了印度散裂中子源（ISNS）项目中Beta_g = 0.61多单元超导射频腔的电磁设计计算。使用逐步的一维优化技术来优化中间单元的几何形状。这之后是端单元的优化，这是为了实现所需的场平坦度，以及避免捕获高阶模式。还计算了由偶极模激发的再生束分裂不稳定性的阈值束流，然后计算了尾流场并估计了其影响。文中重点介绍了与中β_g腔和高β_g腔的设计计算有关的具体问题。最后，研究了静态和动态洛伦兹力失谐量（LFD），并在此基础上优化了腔体的刚度设计。
2013-11-12 physics.acc-ph
Advances in Nb3Sn superconducting radiofrequency cavities towards first practical accelerator applications
Nb 3Sn是一种很有前途的下一代超导射频腔体材料，在大规模和紧凑型加速器应用中具有巨大的潜力。然而，到目前为止，Nb 3Sn腔仅限于cw加速场<18 MV/m。在本文中，新的结果提出了显着更高的领域，高达24 MV/m的单细胞腔。结果还提出了从有史以来第一个Nb 3Sn涂层的1.3 GHz 9细胞腔，一个全面的示范腔类型用于生产欧洲XFEL和LCLS-II。结果与散热曲线一起提出，以强调使用基于制冷机的冷却系统的工业加速器应用的潜力。研究的腔有一个非典型的闪亮的视觉外观，和显微镜研究的见证样品显示显着降低表面粗糙度和较小的膜厚度相比，典型的Nb 3Sn膜超导腔。增加最大场的可能机制进行了讨论，以及在低相干长度制度的RF超导物理的影响。展望了可持续发展。
2020-08-12 physics.acc-ph
Ultra-Low Surface Resistance via Vacuum Heat Treatment of Superconducting Radiofrequency Cavities
我们报告的努力，以提高超导射频腔的性能，通过使用热处理的温度范围足以解离的自然表面氧化物。我们发现，残余电阻显着降低，我们发现一个意想不到的减少BCS电阻。在相对较大的加速场Eacc ~20 MV/m时，这些因素共同导致极高的品质因数值：<1.5 K时Q 0为3-4x10^11，2.0 K时Q 0 ~5x10^10。在一个腔体中，表面电阻与温度的测量结果显示，在16 MV/m时，残余电阻非常小，仅为0.63+/-0.06 nOhms。SIMS测量证实氧化物显著解离，但它们也显示热处理后存在氮。我们还提出了通过暴露于空气和水的表面氧化的研究，以及通过HF冲洗非常轻的表面去除的影响。的应用和计划的未来发展的可能性进行了讨论。
2019-06-29 physics.acc-ph
Conceptual Design Of An Ideal Variable Coupler For Superconducting Radiofrequency 1.3GHz Cavities
受发展过模射频元件作为波荡器的启发，我们探索了另一种过模结构，可以为SRF目的提供可变耦合。该应用是为了实现在7 KW的CW功率下S11从0到-20db的变化。耦合器中的静态热损失从计算来看是微不足道的。这种耦合器的优点是，通过真空分离，2K和300 K部分之间的热隔离是相当大的。在这种耦合器中，每个部分只允许单个传播模式，因此，没有能量被转换为高阶模式的事实带来几乎完全匹配而没有损耗。对双窗口可变耦合器进行了优化设计和数值计算。在散射矩阵中示出了RF功率的变化，并且还讨论了与腔的耦合。
2014-06-27 physics.acc-ph
Emittance Measurements of a Superconducting High Frequency Electron Gun
为了研究和了解电子枪设计、阴极制备和操作参数对束流质量的影响，提供可靠和准确的束流诊断是很重要的。因此，这项工作的重点是利用现有的诊断光束线的电流枪演示器来表征光束的横向相空间和测量发射度在各种光束设置和操作条件。狭缝掩模和螺线管扫描技术。
2013-07-12 physics.acc-ph
Superconducting Surface Impedance under Radiofrequency Field
基于运动库珀对的BCS理论，导出了0 K时的电子态分布和有限温度下的电子占据几率，并将其应用于反常趋肤效应理论，得到了射频场作用下超导体的表面阻抗。我们提出的数值计算结果Nb和比较这些代表性的RF场相关的有效表面电阻测量从1.5 GHz的谐振结构。
2012-10-01 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
Experimental verification of space-charge saturation scaling laws in high-gradient photocathode RF guns
University of California at Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
本研究利用射频相位扫描技术定量表征了高梯度射频光注入器中的空间电荷饱和现象，实验验证了pancake束和cigar区的电荷-场标度律，为光注入器优化提供了预测性框架。
2025-11-03 physics.acc-ph
Optimization of a traveling wave superconducting radiofrequency cavity for upgrading the International Linear Collider
驻波（SW）TESLA基于铱的超导射频结构被临界RF磁场限制在约50 MV/m的加速梯度。为了突破这一障碍，我们探索了基于铱的行波（TW）结构的选择。考虑到实验已知的极限电场和磁场，进行TW结构的优化。结果表明，TW结构可以具有高于70 MeV/m的加速梯度，其比具有相同临界磁场的当代驻波结构高约1.5倍。TW结构的另一个优点是R/Q比TESLA结构高2倍，动态热负荷降低2倍。提出了一种实现行波结构无二次放电效应的方法。并提出了一些设计建议，以便于制造。由于更高的群速度和细胞与细胞的耦合，通过增加加速结构的长度，还可以进一步增加不动产梯度（相当于80 MV/m活性梯度）。这项工作的实现为ILC能源升级开辟了道路，超过1 TeV到3 TeV，与CLIC竞争。本文将讨论相应的机遇和挑战。
2021-05-26 physics.acc-ph
The Rise of Ingot Niobium as a Material for Superconducting Radiofrequency Accelerating Cavities
由于杰斐逊实验室和铌制造商CBMM之间的合作，铌锭被探索作为超导射频（SRF）腔制造的可能材料。2004年，杰斐逊实验室制造并成功测试了第一个由大颗粒高纯铌制成的单电池腔。这项开创性的工作引发了世界各地其他SRF实验室的研究活动。大颗粒铌不仅成为一种有趣的替代材料，而且材料科学家和表面科学家也渴望参与这种材料的开发。这种材料的成本较低，并允许在相同的性能水平下在腔中进行较便宜的制造和处理程序的最初期望已经得到满足。由不同供应商的材料制成的许多单电池腔已经成功地进行了测试，并且几个多电池腔已经显示出与由标准多晶铌制成的最佳腔相当的性能。由Research Instruments制造并在DESY测试的几个9室腔体超过了性能最好的细颗粒腔体，其记录加速梯度为Eacc = 45.6 MV/m。最近，在JLab，通过使用一种新的炉处理程序，由铌锭制成的单电池腔在2K下以~20 MV/m的加速梯度以非常高的Q 0值（~5x10^10）进行。这样的性能水平将SRF技术推向了新的极限，并对未来的加速器产生了极大的兴趣。这篇文章回顾了铌锭技术的发展，并试图为这种材料成为未来加速器的选择提供一个案例。
2013-04-05 physics.acc-ph
High brightness CW electron beams from Superconducting RF photoemission gun
高加速梯度连续光注入器有望在许多科学和应用领域带来革命性的变化。它们可以为新一代单色X射线自由电子激光、高亮度强子束或新一代微芯片生产奠定基础。在这封信中，我们报告的记录性能超导射频电子枪与$\textrm{CsK}_{2}\textrm{Sb}$光阴极。该枪产生高电荷电子束（高达10 nC/束）和低横向发射率，同时使用单个光阴极运行数月。这一成就开启了产生具有非常高平均亮度的高功率光束的新时代。
2020-03-16 physics.acc-ph
Plasma Processing for In-Situ Field Emission Mitigation of Superconducting Radiofrequency (SRF) Cryomodules
场致发射（FE）是加速器中超导射频（SRF）腔体工作的主要限制因素之一，当腔体高电场区表面存在灰尘、金属片甚至吸附物等污染物时，场致发射就会发生。场致发射降低了可实现的最大加速场，并产生可能与射束相互作用、损坏或激活射束线的自由电子。可用于减轻该问题的一种实用方法是原位等离子体清洁或等离子体处理。可以原位应用的处理的开发是非常有利的，因为它能够恢复低温制冷剂的性能，而不需要拆卸整个低温制冷剂，拆卸整个低温制冷剂是非常昂贵和耗时的过程。另一方面，等离子体处理仅需要低温恒温器预热至室温以及随后对污染腔体的处理。整个过程相当迅速，涉及的人员有限。出于这些原因，我们希望倡导继续投资于等离子体处理的研发，以优化其在低温模块中的适用性，并将该技术扩展到其他频率范围和腔体几何形状。
2022-03-23 physics.acc-ph
High Performance Operation of a Direct-Current and Superconducting Radio-Frequency Combined Photocathode Gun
针对半导体光阴极的兼容性问题，研发了直流间隙与SRF腔结合的混合光阴极电子枪，实现了高亮度、稳定的连续波电子束输出，多项性能参数达到优异水平。
2024-10-07 physics.acc-ph
First demonstration of a cryocooler conduction cooled superconducting radiofrequency cavity operating at practical cw accelerating gradients
我们展示了实际的加速梯度超导射频（SRF）加速器腔与制冷机传导冷却，冷却技术，不涉及传统的液氦浴的复杂性。首先提出了一种能够传导冷却椭圆单元SRF腔的设计。实现这种设计，一个单一的细胞650 MHz的Nb 3Sn腔耦合使用高纯度铝热链接到4 K的脉冲管制冷机产生加速梯度高达6.6 MV/m，在100%的占空比。实验是在一个简单的真空容器中进行的，完全没有循环液体制冷剂的腔室制冷机组件。我们预计，这种低温冷却技术将使SRF技术访问感兴趣的加速器研究人员谁缺乏访问全栈氦低温系统。此外，该技术可以导致基于SRF的紧凑型高平均功率电子束源，用于环境保护和工业应用。这种SRF紧凑型加速器的概念。
2020-07-08 physics.acc-ph physics.ins-det
Continuous-Wave Operation at 30 MV/m of a Superconducting Radio-Frequency Gun Cryomodule with an Exchangeable Cathode Plug
Michigan State University（密歇根州立大学）；SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）；Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf e.V.（德累斯顿-罗斯多夫亥姆霍兹中心）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
针对LCLS-II-HE低发射度注入器，开发了185.7 MHz SRF电子枪低温模块，采用可更换阴极插头系统，在30 MV/m阴极场下实现连续波运行，且插头更换后性能无退化，显著优于以往系统。
2026-10-05 physics.acc-ph
High-gradient High-charge CW Superconducting RF gun with CsK2Sb photocathode
在高加速梯度下工作的高梯度CW光注入器有望给许多科学和应用带来革命性的变化。它们可以为超亮单色X射线自由电子激光、超亮强子束、核废料嬗变或新一代微芯片生产奠定基础。在这封信中，我们报告了我们在CsK 2Sb光电阴极（即~ 20 MV/m）处具有创纪录高加速梯度的超导RF电子枪的操作，该电子枪产生创纪录高的聚束电荷（即，3 nC）。我们简要介绍了系统，然后详细介绍了我们的实验结果。这一成就开辟了产生高功率电子束的新时代。
2015-11-17 physics.acc-ph
Mitigation of multipacting in 113 MHz superconducting RF photo-injector
超导射频（SRF）光注入器是产生高亮度连续波电子束的最有前途的器件之一。SRF枪的超高高真空提供高量子效率（QE）光电阴极的长寿命，而SRF技术提供超过10 MV/m的高加速梯度。对于低频SRF电子枪尤其如此，在低频SRF电子枪中，电子在加速电压的峰值处在光电阴极处产生。SRF枪的两个主要物理挑战是它们与高QE光电阴极的兼容性和二次放电。第一个是有关的光阴极材料（如Cs）的SRF腔的墙壁上的沉积的可能性，这可能会导致增加的暗电流通过减少体Nb的功函数和增强的次级电子发射产额（SEY）。SEY在电子枪的二次放电过程中起着关键作用，它不仅破坏了电子枪的真空度，而且加速了阴极材料在SRF腔壁上的沉积。简而言之，超导加速单元中的微电子倍增管行为必须被很好地理解，以成功地操作SRF光注入器。在本文中，我们介绍了我们的研究，1.2 MV 113 MHz的四分之一波长SRF光注入器作为电子束源的相干电子冷却实验（CeC）在BNL。在操作SRF枪的三年中，我们遇到了许多微碰撞区。我们还观察到，$\textrm{CsK}_{2}\textrm{Sb}$光阴极的存在下，在枪可以创建额外的二次放电障碍。我们对SRF电子枪中的二次电子碰撞放电进行了全面的数值和实验研究，并开发了一种在不影响光阴极寿命和提高二次电子碰撞势垒强度的情况下从零到工作电压跨越二次电子碰撞势垒的过程。
2018-08-14 physics.acc-ph
Atomic scale analysis of Nb3Sn on Nb prepared by a vapor-diffusion process for superconducting radiofrequency cavity applications
我们报告了一个原子尺度的分析Nb 3Sn涂层的显微结构的蒸汽扩散过程中制备的超导射频（SRF）腔的应用，使用透射电子显微镜（TEM）。通过电子衍射或高分辨扫描透射电子显微镜（STEM）分析，发现Nb 3Sn在Nb衬底上外延生长，并确定了Nb 3Sn/Nb界面处的四种取向关系。在低Sn流量区观察到较薄的Nb_3Sn晶粒，它们具有特定的取向关系，Nb_3Sn（1-20）//Nb（-111）和Nb_3Sn（002）//Nb（0-11）。薄晶粒的Nb 3Sn/Nb界面具有大的晶格失配，12.3at.%，HR-STEM观察到高密度的失配位错。基于我们的细晶粒的微观结构分析，我们得出结论，薄的区域可能是一个缓慢的界面反应的结果，这种特定的取向关系在界面处。Sn-缺乏的区域被认为是最初形成在Nb 3Sn/Nb界面，并保持在晶粒中，由于Sn在体Nb 3Sn的缓慢扩散。第一性原理计算还估计了Sn缺陷区域的形成和应变和界面能对各种界面处Sn缺陷区域形成的影响。Nb 3Sn/Nb界面取向关系的发现提供了关于Nb 3Sn涂层中缺陷形成的重要信息，如大的薄区域，Sn缺陷区域，这些缺陷对用于加速器的Nb 3Sn超导射频腔的性能至关重要。
2019-06-30 cond-mat.mtrl-sci physics.acc-ph
Design of a High-bunch-charge 112-MHz Superconducting RF Photoemission Electron Source
在粒子加速器的许多先进应用中，如强子束的电子冷却器、电子-离子对撞机和自由电子激光（FEL），都需要高束团电荷的连续波（CW）光电发射电子源。超导RF（SRF）在CW模式下比其他电子枪技术具有几个优势，因为它提供更高的加速率，并可能产生更高的聚束电荷和平均束流。布鲁克海文国家实验室（Brookhaven National Laboratory，BNL）开发了一种112 MHz SRF电子光注入器（枪），为相干电子冷却原理验证（CeC PoP）实验产生高亮度和高聚束电荷聚束。该枪利用四分之一波长谐振器（QWR）的几何形状，以确保光束的动态，并使用高量子效率（QE）的多碱光电阴极产生电子。
2016-08-28 physics.acc-ph
Analytical and Numerical Studies of Dark Current in Radiofrequency Structures for Short-Pulse High-Gradient Acceleration
Northern Illinois University（北伊利诺伊大学）
本文通过解析和数值模拟研究短脉冲射频结构中暗电流动态，揭示短脉冲技术在提升高梯度加速性能和减少击穿敏感性方面的优势。
2025-11-11 physics.acc-ph
Thin Film (High Temperature) Superconducting Radiofrequency Cavities for the Search of Axion Dark Matter
轴子是一种假想的粒子，是冷暗物质的候选者。晕镜实验直接在强磁场中用射频腔作为探测器来寻找这些粒子。欧洲核子研究中心的遗迹轴子探测器探索装置（RADES）正在寻找质量范围超过30 $μ$ eV的轴子暗物质。我们的探测器的品质因数与腔的品质因数成线性关系，因此我们正在研究用不同的超导材料涂覆腔以提高品质因数的可能性。由于实验在11 T及以上的强磁场中进行，因此需要具有高临界磁场的超导体。适用于该应用的材料例如是REBa $_2$ Cu $_3$ O $_{7-x}$、Nb $_3$ Sn或NbN。我们设计了一个微波谐振腔，谐振频率约为9~GHz，其几何形状经过优化以促进超导涂层，并设计成适合CERN现有高场加速器磁体的孔。这个空腔的几个原型被涂上不同的超导材料，采用不同的涂层技术。这些原型在4.2 K的强磁场中进行了表征。
2022-02-09 hep-ex physics.acc-ph
Comparison of DC and SRF Photoemission Guns For High Brightness High Average Current Beam Production
两个最突出的电子源的高平均电流高亮度电子束，直流和超导RF光电发射枪，进行了比较，使用一个大规模的多变量遗传优化接口与空间电荷模拟代码。每种情况下的枪的几何形状是同时变化的激光脉冲的形状和参数的下游光束线元件的光电注入器，以获得最小的发射率作为一个函数的聚束电荷。对两种枪型的最大场值施加了现实约束。SRF和直流枪的发射度和束包络进行了比较的光阴极热发射度的各种值。发现这两个系统的性能在很大程度上是可比的，提供低本征发射度的光电阴极可以采用。
2011-03-29 physics.acc-ph
A Three-Fluid Model of Dissipation at Surfaces in Superconducting Radiofrequency Cavities
Laboratory of Atomic and Solid State Physics, Cornell University（康奈尔大学原子与固态物理实验室）；Cornell Laboratory for Accelerator-Based Sciences and Education, Cornell University（康奈尔大学加速器科学与教育实验室）
该研究针对超导射频腔的反Q斜率问题，通过数值求解Bogoliubov-de Gennes方程，提出三流体模型并结合半经典理论，揭示了表面与连续谱准粒子态的相对散射率对反Q斜率的调控机制。
2026-08-31 cond-mat.supr-con physics.acc-ph physics.comp-ph
Superconducting versus normal conducting cavities
高功率强子直线加速器最重要的问题之一是超导或室温运行技术的选择。对特定技术的偏好取决于几个参数，例如束能量、束电流、束功率和占空因数。这一贡献给出了超导和正常的导电腔之间的比较的概述。这包括基本射频（RF）参数、设计标准、限制、所需的RF和插头功率以及案例研究。
2013-03-26 physics.acc-ph
Anomalous skin effect study of superconducting film
以铌（Nb）为例，研究了不同平均自由程的超导射频（SRF）薄膜内部的场分布。计算了不同衬底、不同膜厚的洁净Nb膜的表面电阻。我们还研究了一种特殊结构的多层超导薄膜，称为超导体-绝缘体-超导体（SIS）结构。
2021-03-19 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
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
Measurement of high quality factor superconducting cavities in tesla-scale magnetic fields for dark matter searches
在暗物质搜索使用轴子haloscope，搜索灵敏度取决于质量因素（$Q_0$）的射频腔沉浸在多特斯拉磁场。增加$Q_0$将增加通过感兴趣的参数空间的扫描速率。为粒子加速器开发超导射频腔的研究人员已经开发出在$μ$ T尺度磁场中获得极高$Q_0\sim10^{11}$的方法。在本文中，我们描述了努力开发高Q腔由Nb $_3$ Sn膜使用的技术开发的粒子加速器腔。几何优化，为这一应用进行了探讨，两个腔进行了测试：一个现有的粒子加速器式腔和几何开发和制造用于高领域。在3.9 GHz、6 T、4.2 K下测得了（$5.3\pm0.3$）$\times 10^5$的品质因数.
2022-11-15 physics.acc-ph quant-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
Development of a continuous-wave photocathode very-high-frequency electron gun for $\rm S^3FEL$
Tsinghua University（清华大学）
清华大学为S3FEL研制了216.667 MHz连续波VHF电子枪，优化腔体实现29.9 MV/m阴极梯度和856 kV加速电压，暗电流仅6.8 nA，打破室温VHF枪电压纪录。
2026-10-07 physics.acc-ph
The LCLS-II Gun & Buncher LLRF Controller Upgrade
LCLS-II目前正处于SLAC的调试阶段。它是一台由连续波超导直线加速器驱动的X射线自由电子激光器。束流注入器对加速器的整体性能起着至关重要的作用，对最终的电子束性能参数至关重要。LCLS-II注入器由185.7 MHz VHF铜枪腔和1.3 GHz双室L波段铜聚束器腔组成。基于FPGA的控制器采用反馈和自激回路逻辑来调节腔场。它还具有其他几项功能，如实时失谐计算，主动频率跟踪和波形记录。LLRF系统通过两个功率耦合器通过两个60 kW SSA驱动腔体，从而稳定工厂内部的场。本文概述了该系统的一般功能，同时描述了其硬件、固件和软件架构，最后确定了该项目的现状及其未来目标。
2022-11-08 physics.acc-ph
Critical Fields of Nb$_3$Sn Prepared for Superconducting Cavities
Nb $_3$ Sn是目前除铌之外最有希望用于未来超导射频腔的材料。在腔测试中，脉冲工作时的临界场超过120 mT，连续工作时的临界场约为80 mT。与从低场表面阻抗测量中提取的伦敦穿透深度得出的较低临界场相比，这是很大的。本文介绍了直接测量的伦敦穿透深度，由此导出了下临界场和过热场。在直流和射频场下测量了第一涡穿透场。结合的结果证实，Nb $_3$ Sn腔确实是操作在一个亚稳态以上的较低的临界场，但目前仅限于一个临界场远低于过热场。
2019-04-16 physics.acc-ph
Superconducting RF cavity R&D for future accelerators
高β超导射频（SRF）椭圆腔正在为几个加速器项目开发，包括X项目，欧洲XFEL和国际直线对撞机（ILC）。费米实验室最近建立了一个广泛的基础设施，为未来的加速器SRF腔的研发，包括腔表面处理和测试和腔组装成低温模块。本文综述了近年来世界各国在SRF腔体研究与开发方面所做的努力，以及费米实验室SRF腔体研究与开发在全球项目背景下的进展。
2009-10-22 hep-ex physics.acc-ph
Numerical Simulations of Early-Stage Dynamics of Electron Bunches Emitted from Plasmonic Photocathodes
高亮度电子源是开发紧凑型基于加速器的光源的关键成分。电子源通常基于（线性）光电发射过程，其中具有适当波长的激光脉冲撞击金属或半导体光电阴极的表面。最近，等离子体阴极（具有纳米图案化表面的阴极）的使用已经证明了量子效率的极大增强（Li等人，2013 [1]）。或者，这种类型的光电阴极可以支持由横向分离的子束组成的结构化束的形成。在本文中，我们讨论了使用Warp进行的等离子体阴极发射过程的早期束动力学的数值模拟（Friedman等人，2014 [2]）框架。该模型被用来调查从这些光阴极发射的光束的属性，随后结合粒子模拟，探索在射频枪加速后的阴极图案的成像。
2016-08-05 physics.acc-ph
Efficient expulsion of magnetic flux in superconducting RF cavities for high $Q_0$ applications
即使在外部磁场的存在下冷却通过其转变温度，超导体也可以排出几乎所有的外部磁通量。这封信提出了一个实验研究，以确定最强烈的影响冷却过程中在高纯铌磁通捕获的参数。这对于超导射频腔的操作是至关重要的，其中捕获的通量降低了品质因数，因此降低了低温效率。通量驱逐测量上的1.3 GHz的腔制备在各种方式的大调查。结果表明，空间热梯度和高温处理是关键的驱逐外部磁场，而表面处理的影响很小。首次证明了炉内处理可以使空腔从不良的排液行为转变为强排液行为，从而使品质因数得到显著改善。未来的计划，以建立在这一结果，以优化治疗未来的蛀牙。
2016-02-13 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
Study of effects of failure of beamline elements and their compensation in CW superconducting linac
Project-X是计划在美国费米实验室建造的高强度质子设施。X项目的第一级由超导直线加速器组成，该加速器将以连续波（CW）模式运行，以将束流从2.5 MeV加速到3 GeV。CW模式下的操作对射束线组件，特别是对射频（RF）腔体施加了高公差。由于束流参数与设计参数不同，束流线元在低能时的失效是非常关键的，因为它会导致束流与后续截面的不匹配。它使束流不稳定，导致发射度稀释，并最终导致束流损失。在最坏的情况下，它可能会影响机器的可靠性，并可能导致关闭直线加速器以更换故障元件。因此，研究这些效应及其补偿对实现直线加速器中束流的平稳传输具有重要意义。本文介绍了SSR 0段射频腔和螺线管失效的研究结果。
2012-03-07 physics.acc-ph
First experience with He conditioning of an SRF photoinjector
超导射频（SRF）光注入器性能的最新进展为可靠的高亮度连续波电子源的发展开辟了一个新的时代。虽然SRF电子枪成为最有前途的技术之一，但SRF环境与复杂光电阴极的兼容性仍然是现代加速器科学的前沿。SRF腔在低温下操作，提供对光阴极性能非常有益的超高真空（UHV）环境。然而，将光电阴极保持在室温下同时被保持在低温下的腔壁包围的必要性为SRF枪的设计和操作造成了额外的复杂性。用于光电阴极的复杂且挥发性的化合物很有可能污染SRF腔的表面。当沉积时，这样的化合物可能产生冷电子发射中心，这降低了SRF枪的性能。这种情况下，将需要发展的原位处理技术恢复SRF腔的性能。本文介绍了在布鲁克海文国家实验室（BNL）使用现有的SRF光注入器的成功实施和应用的腔恢复的He调理方法的结果。该方法已被证明是非常有效的，并导致了显着改善的BNL枪的性能。
2022-04-28 physics.acc-ph
Demonstration of ultra-low emittance beams in a kHz laser wakefield accelerator and application to electron diffraction
Laboratoire d’Optique Appliquée (LOA), CNRS, École polytechnique, ENSTA, Institut Polytechnique de Paris（应用光学实验室，法国国家科学研究中心，巴黎综合理工学院，国立高等先进技术学院，巴黎理工学院）；Center for Physical Sciences and Technology（物理与技术中心）；Vytautas Magnus University（维陶塔斯·马格努斯大学）
该研究通过kHz激光等离子体加速器实现了超低发量电子束，并成功应用于单晶硅纳米膜的电子衍射成像。
2026-08-28 physics.acc-ph
Healing Gradient Degradation in Nb3Sn SRF Cavities Using a Recoating Method
针对 Nb3Sn SRF 腔因机械应力导致的性能退化问题，提出单步气相扩散再涂覆 Sn 的方法，可显著恢复腔体已损失的性能。
2024-04-30 physics.acc-ph
Design of a cw, low energy, high power superconducting linac for environmental applications
利用电子束辐照技术处理发电厂的烟道气和城市或工业废水已在小规模试验工厂中得到成功的示范。束能量要求相当适度，在几MeV的量级上，然而，在工业规模上采用该技术需要以成本有效的方式获得大约1MW的高束功率。在这篇文章中，我们提出了一个紧凑的超导加速器的设计，能够提供一个连续的电子束与电流为1 A和能量为1兆电子伏。其主要部件是射频栅网电子枪和传导冷却β = 0.5椭圆形Nb3Sn腔与双同轴功率耦合器。工程和成本分析表明，拟议的设计将导致处理成本与替代处理方法竞争。
2018-06-11 physics.acc-ph
Simulation of Non-linear SRF losses derived from characteristic topography of etched and electropolished niobium surfaces
建立了一个简化的数值模型来模拟Nb表面的非线性超导射频损耗。本研究专门关注由于微观形貌磁场增强引起的过度表面电阻（Rs）损失。当增强的局部表面磁场超过超导临界转变磁场Hc时，小体积的表面材料可以变为正常导电的并且增加有效表面电阻而不引起失超。使用典型的缓冲化学抛光（BCP）和电抛光（EP）处理的细颗粒铌的地形数据，我们已经估计了由此产生的场依赖性损耗和外推该模型的影响腔性能。模型预测对应的特征BCP与EP高场Q0性能差异细晶粒铌。我们描述了该模型的算法，它的局限性，这种非线性损耗的贡献对SRF腔性能的影响。
2015-12-16 physics.acc-ph
Generation and Characterization of Electron Bunches with Ramped Current Profiles in a Dual-Frequency Superconducting Linear Accelerator
我们报告成功的实验产生的电子束与斜坡电流分布。该技术依赖于使用超导射频直线加速器在两个频率和电流增强色散部分操作的纵向相空间中的非线性相关性的印象。产生的$\sim 700$ -MeV聚束具有千安培量级的峰值电流。各种加速器设置所采取的数据证明了该方法的多功能性，特别是它能够产生对纵向（时间）坐标具有准线性依赖性的电流分布。所测得的聚束参数，通过数值模拟，产生千兆伏每米峰值加速电场的Transformer比大于2的介质内衬波导。
2011-09-07 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Beam dynamics study of the high-power electron beam irradiator using niobium-tin superconducting cavity
KEK开展带Nb₃Sn超导腔的10MeV/50mA紧凑型辐照加速器束流动力学研究，通过多参数同步优化抑制束流损失至ppm级，解决低初始能量、参数关联及空间电荷效应带来的无损失传输难题，为装置设计提供依据。
2024-04-12 physics.acc-ph
Axial representation of external electromagnetic fields for particle tracking in accelerators
通过轴上的同轴场分量，导出了轴附近任意电磁场的幂级数表示。所得方程与傅里叶-贝塞尔级数法进行了比较，并通过几个例子进行了验证。结果表明，对于每一个方位模，我们只需要在轴上取两个实函数就可以描述其附近无源区的场。
2019-09-08 physics.acc-ph
Design of a medium energy, high average power superconducting e-beam accelerator for environmental applications
我们提出的技术和工程设计的中等能量（10兆电子伏）和高平均功率（1兆瓦）的电子束加速器用于辐照处理大容量的工业和城市污水。该加速器采用超导射频（SRF）腔技术产生高平均束流功率，射频束流效率为$>$ 90%。加速器的设计是简化和定制的工业设置通过采用制冷机传导冷却技术的SRF腔，而不是一个传统的液氦浴低温系统。技术设计的补充与加速器的资本和运营成本的详细分析。设计的加速器每天可处理高达1200万加仑的废水，需要$\sim\$$ 8M的建设资金，材料处理成本为$\sim$ 13.5美分/吨/kGy。
2021-12-27 physics.acc-ph physics.ins-det
Submacropulse Electron-Beam Dynamics Correlated With Higher-Order Modes In Tesla-Type Superconducting RF Cavities
本文报道了在TESLA型超导射频腔中，离轴电子束偏转产生的与高阶模（HOM）相关的亚宏脉冲束质心振荡的直接观测结果。实验是在费米实验室加速器科学与技术（FAST）设施使用其独特的配置的光阴极射频枪注入光束到两个独立的9细胞腔串联校正磁铁和光束位置监视器（BPM）位于之前，之间，和之后。在电荷为100、300、500和1000 pC/b、重复频率为3 MHz的微脉冲束中，观察到了垂直面~100 kHz和水平面~380 kHz的振荡，振幅高达600 μm。然而，在100 pC/b时，效果大大降低。测量是基于HOM检测器电路，目标是第一和第二偶极通带，射频BPM一束一束阵列数据，成像相机，和一个框架相机。计算再现了垂直情况下的现象的振荡频率。原则上，这些基本的结果可以缩放到主要的加速器设施的低温配置。
2018-07-11 physics.acc-ph
Status and Plans for a Superconducting RF Accelerator Test Facility at Fermilab
先进超导试验加速器（ASTA）正在费米实验室建造。现有的新μ子实验室（NML）大楼正在为该设施进行改造。加速器将包括一个电子枪，注入器，由3个TTF型或ILC型低温模块组成的束加速部分，用于测试诊断和进行各种束测试的多个下游束线，以及一个高功率束流收集器。完成后，据设想，该设施最初将能够产生750 MeV的电子束与ILC束强度。最近完成了对该设施的扩建，将有能力将加速器升级到1.5 GeV的总束流能量。在ASTA设施附近还建造了两座新建筑，以容纳新的低温工厂和多个超导RF（SRF）低温试验台。除了测试加速器组件外，该设施还将用于测试未来SRF加速器（如ILC和Project-X）的RF功率系统、仪器和控制系统。本文介绍了该设施的现状和总体规划。
2013-01-29 physics.acc-ph
The Role of Magnetic Flux Expulsion to Reach Q0>3x10^10 in SRF Cryomodules
当超导射频腔体被冷却通过其临界温度时，环境磁通量可以变得“冻结”到超导体中，导致品质因数的劣化。这在品质因数是成本驱动因素的应用中尤其成问题，例如在LCLS-II的CW直线加速器中。以前，人们还不知道如何防止磁通量在冷却过程中被困在大块铌腔中，但最近的研发研究表明，通过高温热处理和冷却腔，通过超导转变，可以实现接近全部的磁通量排出，在表面上具有空间热梯度。在本文中，我们描述了这些程序的第一个加速器实现，在低温模块，目前正在生产的LCLS-II。我们比较了在不同的热处理条件和冷却过程中的热梯度条件下腔体的性能，结果表明，当两者都应用时，性能得到了实质性的改善，使低温模块能够达到并在许多情况下超过约3x10^10的Q 0。
2018-12-10 physics.acc-ph
Shielding superconductors with thin films
确定超导层的最佳布置以承受大幅度AC磁场对于诸如超导射频腔的某些应用是重要的。在本文中，我们评估的超导膜/绝缘膜/超导体（SIS '）的结构，配置，可以提供屏蔽大AC磁场的好处的屏蔽电位。建立后，对于高频磁场，磁通穿透必须避免，过热场的结构计算在伦敦限制数值和，薄膜，分析。对于中间膜厚度和现实的材料参数，我们也解决数值的金-朗道方程。它示出了一个小的增强的过热场是可能的，在百分之几的顺序，SIS的结构相对于大块超导体的薄膜材料，如果材料和厚度选择适当。
2015-06-28 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
Potential of non-conventional superconductors for particle accelerator cavities
针对铌与氦成本上升的问题，本文研究铌以外超导体用于SRF腔体的潜力，重点分析迈斯纳态下热激发准粒子导致的微波损耗机制。
2024-04-04 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
High-brilliance, high-flux compact inverse Compton light source
提出了一种紧凑型逆康普顿光源（ICLS）设计，其通量和亮度的数量级超过传统的实验室规模的源和其他紧凑型ICLS设计。该设计利用了极低发射率电子束被均方根长度约为三分之二皮秒（2/3 ps）的激光脉冲逆康普顿散射的物理学。该加速器由一个超导射频（SRF）再入枪和四个双辐SRF腔组成。在直线加速器之后是三个四极磁铁，用于将电子束聚焦到相互作用点（IP）。从阴极表面到IP的距离小于6米，阴极产生的电子束团具有10 pC的聚束电荷和几皮秒的长度。入射激光具有1 MW循环功率、1微米波长和IP处3.2微米的光斑尺寸。该源的重复频率为100 MHz，以便尽管束团电荷低但仍实现高通量。预期的X射线源参数包括12 keV的能量，总通量为$1.4\times10^{14}$ ph/s，进入0.1%带宽的通量为$2.1\times10^{11}$ ph/（s-0.1%BW），平均亮度为$2.2\times10^{15}$ ph/（s-mm $^2$ -mrad $^2$ -0.1%BW）。
2018-03-27 physics.acc-ph
A Simulation of the Photoionization of H- Together with the Subsequent Tracking of the Liberated Electrons
为支撑费米实验室 PIP-II 超导直线加速器的非拦截式束流剖面测量设计，研究结合 CST 电磁仿真数据在 MATLAB 中构建仿真，实现 H- 光电离产生的自由电子的数量、位置计算及输运追踪。
2023-10-04 physics.acc-ph
Optimizing Superconducting Nb Film Cavities by Mitigating Medium-Field Q-Slope Through Annealing
研究通过DC biased HiPIMS沉积结合不同温度退火处理，有效缓解了Nb膜腔的中场Q-slope问题，显著提升了失超场并降低了表面电阻场依赖性，揭示了微观结构与杂质对射频性能的影响。
2025-07-11 physics.acc-ph
PIP-II Project Progress and Challenges
Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）
PIP-II 项目旨在建造新的超导直线加速器，以双倍能量和强度向助推器注入质子，并支持 LBNF 靶功率，文章介绍其设计目标、建设进展及运行挑战。
2026-09-15 physics.acc-ph
Nb3Sn coating of SRF cavity by co-sputtering from a composite target
Old Dominion University（老道明大学）；Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）；Thomas Jefferson National Accelerator Facility（托马斯·杰斐逊国家加速器设施）
通过共溅射和退火工艺在超导腔内壁制备Nb3Sn薄膜，实现接近最高报道的超导转变温度17.78 K，并提升射频性能。
2026-02-03 physics.acc-ph
