Development and demonstration of next generation technology for Nb_3Sn accelerator magnets with lower cost, improved performance uniformity, and higher operating point in the 12-14 T range
本白皮书中概述的建议范围是开发和演示下一代12-14 T范围内的Nb_3Sn加速器磁体所需的技术。其主要目标是使磁体冷质量成本比美国加速器升级项目（AUP）为HL-LHC生产的Nb_3Sn磁体降低2倍或更高。这一目标将通过显著减少劳动时间、提高工作点和改善性能均匀性来实现。一个关键因素将是自动化，这将通过行业参与实现，并受益于美国国家实验室通过生产AUP磁体获得的经验。这种合作关系将使技术的发展，将很容易转移到工业中的中型和大型生产的Nb_3Sn加速器磁铁在12-14 T的范围。这一步对于实现下一代对撞机，如FNAL提出的μ子对撞机，FCC和其他HEP强子对撞机至关重要。这是一个定向研发，方向是由高自动化和工业就绪技术的领域范围和行业参与给出的。该计划包括10个里程碑，将在6-8年内实现，费用为5-7百万美元/年。
2022-10-09 physics.acc-ph
Collector Failures on 350 MHz, 1.2 MW CW Klystrons at the Low Energy Demonstration Accelerator (LEDA)
我们目前正在经营的氚（APT）加速器，7兆电子伏的射频四极（四极）使用三个，1.2兆瓦的连续速调管加速器生产的前端。需要这些速调管，并将其设计为耗散收集器中的全部束流功率。速调管的工作时间少于1500小时。一个收集器出现故障，所有收集器都损坏。本文将讨论的损害和诊断原因的困难。收集器没有严重失败。管操作仍然是可能的，速调管操作高达70%的全束功率与良好的真空。最终导致我们发现收集器故障的迹象是可变排放。这些信息将被讨论。采用了一个电子学系统来诊断集热器发热。集热器设计为允许混合相冷却，并且使用超声波测试设备，我们能够观察到：正常，单相冷却，混合相冷却和硬沸腾。将提供这些数据。从收集器加热的角度来看，最坏的情况下的光束轮廓。本文还将讨论采取的步骤，以停止收集器损坏的其余350兆赫速调管和设计的变化，正在实施，以纠正这个问题。
2000-08-15 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
Demonstration of stable long-term operation of a kilohertz laser-plasma accelerator
我们报告的稳定和连续运行的千赫激光等离子体加速器。电子束与2.6 pC的电荷和2.5 MeV的峰值能量产生通过注入和捕获在一个向下的等离子体密度斜坡。这种密度转变是在一种新设计的非对称激波气体喷嘴中产生的。还在一周的时间内评估了电子源的再现性，发现在束电荷和能量的类似值下是令人满意的。这些结果表明，激光等离子体加速器的重复性和稳定性大大提高了长期规模时，使用一个强大的计划密度梯度注入。
2020-05-14 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Demonstration of a compact plasma accelerator powered by laser-accelerated electron beams
等离子体尾场加速器能够维持千兆伏/厘米的加速场，超过最先进的加速器模块中的电击穿阈值3-4个数量级。束流驱动尾流场为高质量束流的产生和加速提供了特别有吸引力的条件。然而，该方案依赖于更大规模的加速器。在这里，我们报告的演示毫米级等离子体加速器由激光加速电子束供电。我们展示了电子束加速到130兆电子伏，与模拟显示加速梯度超过100 GV/m。这种小型化的加速器进一步探讨通过采用一对受控的驱动和见证电子束，其中一小部分的驱动器能量被转移到加速见证通过等离子体。这种混合的方法允许在广泛访问的高功率激光设施的束驱动等离子体加速器的概念的基础研究。它有望为诸如自由电子激光等要求高质量的应用提供紧凑的高能高亮度电子束源。
2019-09-14 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
A Variable-Energy CW Compact Accelerator for Ion Cancer Therapy
本文报告了2013年DOE/NCI联合研讨会的结论，并将临床加速器设施要求转化为加速器和束流传输技术规范。现有的或可行的加速器技术进行比较，包括一个紧凑的，CW，和可变能量的轻离子加速器目前正在开发的新概念。这种新的轻离子加速器是基于非缩放固定场交变梯度（FFAG）加速器设计的进步。新的设计概念将等离子体轨道与长（高达4米）直线段结合在一起，采用紧凑的跑道形式，允许内循环轨道被选择用于低损耗CW提取，有效地消除了传统CW回旋加速器设计中的高损耗能量降能器。
2017-04-13 physics.acc-ph
First Experimental Demonstration of Optical Stochastic Cooling
粒子加速器和储存环一直是变革性的发现工具，对于许多应用来说，粒子束冷却的创新是成功的主要驱动力。束流冷却减少了粒子位置和动量的扩散，同时保持粒子数量恒定，并对抗扩散效应，从而实现粒子积累以及强束流的产生和保存。在粒子对撞机的情况下，冷却增加了观察罕见物理事件的可能性。这一领域最重要的概念和技术进步之一是随机冷却（SC），它有助于在CERN发现W和Z玻色子以及在费米实验室发现顶夸克2 -6。SC通过粒子采样和修正粒子束的相空间结构，减少了粒子束的随机运动，从而具有麦克斯韦恶魔的相似性。长期以来，人们一直在寻求将SC从微波范围扩展到光学频率和带宽，因为它可以将可实现的冷却速率提高三到四个数量级，并为未来的加速器提供强大的新工具。光学随机冷却（OSC）在近三十年前首次提出，用光频模拟物取代了SC的传统微波元件，原则上与任何种类的带电粒子束兼容7，8。在这里，我们描述了在费米国家加速器实验室的可积光学测试加速器10的原理验证实验9中的OSC的第一个实验演示。
2022-03-16 physics.acc-ph
Experimental demonstration of particle acceleration with normal conducting accelerating structure at cryogenic temperature
降低正常传导的粒子加速器的工作温度可显著提高其效率。低温操作增加了加速剂材料的屈服强度并降低了表面电阻，因此与室温操作相比，可以实现循环疲劳的大幅降低，从而导致击穿率的大幅降低。此外，温度降低增加了加速腔的固有品质因数，并因此增加了分流阻抗，从而导致增加的系统效率和射束加载能力。在本文中，我们提出了一个实验演示的X波段，11.424 GHz的，20个单元的直线加速器（直线加速器）的高梯度操作在液氮温度为77 K。所测试的直线加速器先前在室温下处理和测试。我们验证了增强加速参数的测试加速器在低温下使用不同的测量，包括电子束加速到150 MV/m的梯度，对应于375 MV/m的峰值表面电场。我们还测量了击穿率在测试的结构，显示减少了两个数量级，x100，在室温下相同的加速梯度的值相比。
2020-11-01 hep-ex physics.acc-ph
New Generation Compact Linear Accelerator for Low-Current, Low-Energy Multiple Applications
本文介绍了由巴斯克大学束流实验室自主设计建造、用于多种低流强应用的紧凑型质子直线加速器项目 LINAC 7，概述了加速器设计、组件测试进展及实现 7 MeV 目标能量的方案。
2025-01-31 physics.acc-ph
Demonstration of nonlinear-energy-spread compensation in relativistic electron bunches with corrugated structures
具有能量和电流平坦分布的高质量电子束对于许多基于加速器的科学设备（例如自由电子激光和MeV超快电子衍射和显微镜）是至关重要的。在这封信中，我们报告使用波纹结构，以补偿由射频场的曲率压印的光束非线性能量啁啾，导致光束能量扩散显着减少。通过使用一对具有正交取向的波纹结构，我们表明，四极尾场，否则增加束流发射度可以有效地取消。这项工作还将波纹结构的应用扩展到低束流电荷（几pC）和低束流能量（几MeV）制度，并可能在许多基于加速器的设施中产生强烈的影响。
2015-03-24 physics.acc-ph
Distributed Coupling Accelerator Structures: A New Paradigm for High Gradient Linacs
我们提出了一种拓扑结构的直线加速器（直线加速器），允许更大的自由度的优化个别腔的形状。功率通过具有周期性孔径的波导分配到腔体，该周期性孔径保证沿着结构的正确相位和振幅。这种拓扑结构优化了功耗和效率，并允许操纵表面场进行高梯度操作。它还为使用新型材料的低温制造技术提供了可能性。这大大提高了正常和超导直线加速器的性能。我们提出了一个设计和实验演示这种直线加速器。
2018-11-25 physics.acc-ph
A compact linear accelerator based on a scalable microelectromechanical-system RF-structure
提出了一种紧凑型射频加速器结构的新方法。新的加速器架构基于20世纪80年代首次开发的多静电四极阵列直线加速器（MEQALAC）结构。MEQALAC利用RF谐振器产生加速场，并通过使用静电四极杆（ESQ）阵列聚焦的平行子束提供更高的束电流。虽然早期的工作获得了横向尺寸在几厘米量级的ESQ，但使用印刷电路板（PCB），我们将特征尺寸减小到毫米级，同时大规模地扩大了平行子束的潜在数量。使用微机电系统可扩展的制造方法，我们正在努力进一步减少特征尺寸到亚毫米制度。该技术基于在PCB或硅晶圆中实现的RF加速组件和ESG，其中每个细光束通过晶圆中的光束孔径。然后通过堆叠这些晶片来组装完整的加速器。这种方法具有快速和廉价的批量制造的组件和灵活性的系统设计的应用程序特定的束能量和电流的潜力。对于原型的加速器架构，组件已被制造使用PCB。在本文中，我们提出了使用PCB的主要组件的概念验证结果：RF加速和ESQ聚焦。正在进行的发展，实施组件的硅和缩放的加速器技术，以高电流和束能量进行了讨论。
2017-06-29 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
Initial Demonstration Of 9-MHz Framing Camera Rates On The FAST Drive Laser Pulse Trains
我们报告的配置滨松C5680条纹相机作为分幅相机记录横向空间信息的绿色成分的激光微脉冲在3-和9-MHz的速率为第一次。后者接近集成光学测试加速器（IOTA）环的~7.5-MHz旋转频率的时间尺度及其预期的同步辐射源时间结构。用Gig-E读出CCD相机记录2-D图像。我们还报告了第一个证明的原则与OTR源使用直线加速器条纹相机在半帧模式。
2017-11-30 physics.acc-ph
Monte Carlo_Based Beam Dynamics Study of a Compact Linear Accelerator for Localized X_ray Generation
Department of Physics and Energy Engineering, Amirkabir University of Technology（德黑兰理工大学物理与能源工程系）
通过蒙特卡洛束流动力学模拟，比较了固定长度0.5米的紧凑型直线加速器在60 keV和300 keV两种工作模式下的束流传输性能，发现低能模式受集体效应影响显著，而高能模式具有更好的束流刚性。
2026-06-23 physics.acc-ph
Effects of rf breakdown on the beam in the Compact Linear Collider prototype accelerator structure
了解高梯度加速器结构中的RF击穿对加速束的影响是紧凑型直线对撞机（CLIC）发展中的一个极其相关的方面，也是CERN CLIC测试设施3的双束测试台解决的主要问题之一。在RF击穿期间，产生大的电磁场，并且产生寄生磁场，寄生磁场与加速射束相互作用，影响其轨道和能量。我们在这里讨论的测量在CLIC原型结构中加速的电子束上观察到的这种效应。在纳秒时间尺度上的束流列车的轨迹的测量显示快速的变化，对应的击穿，我们比较与测量的相对束点在一个闪烁的屏幕上。我们确定不同的故障情况下，我们提供了一个解释的基础上，也在加速器结构的输入和输出端口的功率测量。最后，我们提出了分布的观察到的变化的幅度在束轨道，我们讨论了它的相关性与RF功率和击穿位置的加速器结构。
2013-11-23 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
Specification and design for Full Energy Beam Exploitation of the Compact Linear Accelerator for Research and Applications
本文针对CLARA 250 MeV超亮电子束装置，提出了全能量束流开发（FEBE）用户束线的规格与设计，并通过端到端模拟验证了在两个实验腔中提供超短低发射度电子束及与高功率激光联合的能力。
2023-09-22 physics.acc-ph
Staging of RF-accelerating units in a MEMS-based ion accelerator
多静电四极阵列直线加速器（MEQALAC）提供了一个机会，实现紧凑的射频（RF）加速器结构，可以提供非常高的束流。MEQALAC以前已经实现了加速间隙距离和厘米量级的光束孔径尺寸。通过微机电系统（MEMS）制造的进步，MEQALAC现在可以缩小到亚毫米级，并在晶圆衬底上批量加工。在本文中，我们展示了第一个结果，从使用三个RF阶段在一个紧凑的MEMS离子加速器。所呈现的结果示出了使用3x3小束布置和10 keV的惰性气体离子由印刷电路板形成的加速器结构的概念验证。我们提出了一个简单的模型来描述测量结果。然后，该模型被用来检查这种方法的一些方面，如对准误差的可能影响。我们还讨论了一些紧凑的MEQALAC的缩放行为。基于MEMS的方法能够实现低成本、高度通用的加速器，其覆盖广泛的束流能量和电流。应用包括离子束分析、质谱分析、材料处理，以及在非常高的束功率下的等离子体加热。
2017-10-31 physics.acc-ph
Whitepaper submitted to Snowmass21: Advanced accelerator linear collider demonstration facility at intermediate energy
该白皮书针对未来TeV级轻子对撞机的技术需求，提出建设20-100 GeV的基于先进新型加速器（ANAs）的中间能区演示装置，用于验证技术、研究多束流加速与极端场物理，并支撑相关对撞机设计。
2022-04-16 hep-ph physics.acc-ph physics.plasm-ph
Laser Acceleration and Deflection of 96.3 keV Electrons with a Silicon Dielectric Structure
射频粒子加速器在超小型和超快科学中无处不在，但它们的尺寸和成本促使人们探索紧凑和可扩展的替代品，如电介质激光加速器。我们提出了第一个演示的高梯度激光加速和偏转的电子与硅结构。驱动的5 nanojoule，130 fs锁模钛：蓝宝石激光器在907 nm波长，我们的设备实现加速梯度超过200 MeV/m和亚光学周期条纹的96.30 keV电子。这些结果为利用商业激光器和亚飞秒电子束进行高梯度硅介质激光加速器实验铺平了道路。
2014-12-18 physics.acc-ph
Experimental Demonstration of Energy Chirp Compensation by a Tunable Dielectric Based Structure
在BNL加速器测试设备（ATF）上，60 MeV的束流由平面可调谐去啁啾器操纵，该平面可调谐去啁啾器由两个10 cm长的背镀铜电介质板制成。当间隙从5.8 mm变为1 mm时，低电荷电子聚束的相关能量啁啾从约330 keV/mm减小到零。这一结果与模拟结果一致。计算表明，类似的设备，适当缩放，以考虑预期的电子束团电荷和长度，可以用来消除剩余的相关能量扩展在用于自由电子激光（FEL）的直线加速器的末端。这种技术有可能大大简化直线加速器的设计，提高自由电子激光的性能。
2013-08-26 physics.acc-ph
Demonstration of relativistic electron beam focusing by a laser-plasma lens
激光等离子体技术有望大幅缩小高能电子加速器的尺寸。它可以使自由电子激光提供给广大的科学界，并进一步推动电子加速器的极限，为高能物理。此外，独特的飞秒性质的来源，使它成为一个有前途的工具，研究超快现象。然而，由于缺乏合适的透镜来传输这种强流电子束，主要是由于它们的发散性，应用受到阻碍。在这里，我们表明，这个问题可以通过使用激光等离子体透镜，其中的场梯度是五个数量级大于传统的光学解决。我们证明了减少了近三个因素的发散，这应该允许一个有效的耦合与传统的光束传输线的光束。
2015-03-27 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Developments in laser-driven plasma accelerators
激光驱动等离子体加速器提供的加速梯度比传统机器大三个数量级，从而有可能将加速器的长度缩短相同的因子。到目前为止，激光加速电子束的粒子能量可比的同步加速器光源所提供的已被证明与等离子体加速阶段只有几厘米长。本文介绍了激光驱动等离子体加速器的工作原理，并回顾了它们从1979年提出到最近演示的发展。等离子体加速器的潜在应用进行了说明，必须克服的挑战之前，他们可以成为一个实用的工具进行了讨论。
2014-06-19 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Electron nonlinear dynamics in a compact accelerator based on the circular rotating TM110 mode
研究了不均匀静磁场中旋转TM110模式微波场的电子自共振加速，通过建立微分方程并设计磁场分布，成功将30 keV电子加速至200 keV，为医疗和安检X射线源的射频加速器设计提供了理论依据。
2023-05-18 physics.acc-ph
Demonstration of single-shot picosecond time-resolved MeV electron imaging using a compact permanent magnet quadrupole based lens
我们提出了一个实验的结果，其中短焦距（~ 1.3 cm）的永磁体电子透镜用于成像微米尺寸的特征的金属样品在Single Shot，使用超高亮度ps-长4 MeV的电子束从射频光注入器。使用具有近600 T/m场梯度的紧凑、小间隙（3.5 mm）、Halbach型永磁体四极的三重体获得超过30倍的放大率。这些结果为Single Shot时间分辨电子显微术的发展铺平了道路，并为高亮度电子束的应用开辟了新的机会。
2016-04-04 physics.acc-ph
Emittance preservation in advanced accelerators
发射度是一种光束质量，对于先进加速器的许多未来应用至关重要，例如紧凑型自由电子激光和直线对撞机。在本文中，我们审查的挑战，保持横向发射度在加速过程中，内部和外部加速器阶段。发射度增长的来源范围从空间电荷和横向尾场引起的不稳定性，这可能发生在任何先进的加速器方案，无论介质或驱动器类型，更具体的等离子体加速器，如失配，未对准，离子运动，库仑散射，阶段之间的色度，和更多的来源。
2022-03-04 physics.acc-ph
A muon source based on plasma accelerators
介绍了一个基于等离子体的电子-γ对撞机的GeV级μ子紧凑源的概念设计。的μ介子通量，光谱和亮度的评价，进行了特设蒙特卡罗模拟的电子-伽马碰撞。这些分析的背景下，一个大的传播的不变质量的电子-伽马相互作用，由于等离子体自注入GeV电子束的典型特征，携带大束团电荷与巨大的能量扩散。一个紧凑的点状μ子源的可用性，可在纳秒级，μ子射线照相应用领域可能会打开一个全新的场景。
2017-11-18 physics.acc-ph
Development of Virtual Accelerator Environment for Beam Diagnostics
为了保证大连紧凑光源（DCLS）直线加速器的正常运行，电子束团的测量和控制是至关重要的。为了测试控制算法和高级物理应用，基于ELEGANT和SDDS工具包构建了一个虚拟加速器环境。在此虚拟环境下验证了所需的束流参数测量和轨道控制工具。介绍了其设计思想和发展现状。
2014-02-26 physics.acc-ph
A compact accelerator for MHz high repetition rate soft x-ray free electron laser
Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
本文提出一种紧凑加速器，用于实现MHz高重复率1纳米软X射线自由电子激光，通过多弯 achromat 脉冲束流技术，降低建设和运营成本，扩大研究工具的可及性。
2026-03-19 physics.acc-ph physics.optics
Motivation and Development of a Compact Superconducting Accelerator for X-ray Medical Device Sterilization
费米实验室正在开发一种紧凑型超导CSRF加速器，作为高功率、高能量电子束的来源，以产生与钴-60的$\geq$ 2 MCi相当的X射线束。作为这项开发的一部分，我们目前正在组装一个20千瓦，1.6兆电子伏的原型，其中包括四个使能技术如下所述。这些技术支持的热预算在市售低温制冷机的能力范围内，并消除了对液体制冷剂的需求。超导技术的使用保证了80%或更高的效率，从墙上插头到光束。将提供迄今为止的设计和进度摘要。此外，我们还将对医疗器械灭菌行业的发展进行回顾，这些发展推动了该技术的发展。
2022-09-08 physics.acc-ph physics.med-ph
Experimental demonstration of longitudinal beam phase space linearizer in a free-electron laser facility by corrugated structures
消除射频电子直线加速器输出的相对论电子束中的残余线性能量啁啾和本征非线性能量曲率对高增益自由电子激光的高效激射至关重要。最近，它是理论和实验证明，由电子本身在波纹结构中激发的纵向尾场允许精确控制的电子束相空间。在这封信中，我们报告了在由140 MeV直线加速器驱动的种子自由电子激光的操作中首次利用波纹结构作为光束线性化器，其中在1047 nm种子激光的二次谐波处实现了约10，000的自发发射增益，并且观察到自由电子激光带宽变窄约50%，与理论预期一致。
2014-10-01 physics.acc-ph physics.optics
A Compact Low-level RF Control System for Advanced Concept Compact Electron Linear Accelerator
本文针对ACCEL项目在射频性能与SWaP方面的严苛要求，提出并实现了一种基于RFSoC直接射频采样技术的紧凑型低电平射频控制系统，省去模拟混频器以显著减小体积重量，原型实验显示2微秒脉冲平顶幅度波动低于1%、相位波动低于1度。
2025-07-03 astro-ph.IM 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
Demonstration of High-Efficiency Microwave Heating Producing Record Highly Charged Xenon Ion Beams with Superconducting ECR Ion Sources
本文提出用于超导 ECR 离子源的新型可移动 Vlasov 微波发射器，将微波功率效率提升约 4 倍，并使高电荷氙离子束电流最高提升至原有纪录的 2 倍。
2024-07-14 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Design and Numerical Simulation of a SARA-Based RF Accelerator Using the $\mathrm{TE}_{112}$ Mode
本研究设计并模拟了基于空间自谐振加速（SARA）机制、采用TE₁₁₂模式圆柱形谐振腔的微波驱动电子加速器，验证其用1kW源加速电子至近200keV并产生X射线的可行性，提供优化参数，强调其在紧凑型X射线源中的应用潜力。
2025-07-07 physics.acc-ph
Towards compact Free Electron Laser based on laser plasma accelerators
五十多年前激光的发明是一次重大的科学革命。自由电子激光（FEL）是利用自由电子在波荡器的周期性恒定磁场中产生的激光，其波长范围从远红外到X射线，具有易调谐、峰值功率高的特点。如今，在X射线领域具有创纪录峰值功率（GW级）的可调谐强（mJ级）短脉冲自由电子激光的出现在激光发展中迈出了重要一步，并能够探索新的科学领域，如实时破译分子反应，了解蛋白质的功能。此外，激光也被认为是驱动等离子体电子加速。高功率飞秒激光聚焦到气体靶中，共振驱动非线性等离子体波，其中等离子体电子被捕获并以GeV/m的高能量增益加速。目前，激光尾场加速已经成为现实，可以产生能量为几GeV、电荷数为几百pC、能散小于百分之一、发散角小于毫弧度的电子束。这是有关考虑自由电子激光应用，以质量这些激光等离子体产生的电子。在描述了自由电子激光的全貌之后，将讨论基于激光等离子体加速的自由电子激光的策略，包括应该减轻这些光束的大能量扩散和发散。
2018-02-19 physics.acc-ph
LLRF System Considerations for a Compact, Commercial C-band Accelerator using the AMD Xilinx RF-SoC
本研究针对SLAC等联合开发的C波段紧凑型脉冲加速器，介绍了基于AMD Xilinx RF-SoC的LLRF系统设计，分析了信号受限下的校准、扰动校正等关键问题，并披露了项目进展与量产规划。
2023-10-09 physics.acc-ph
Studies of Particle Acceleration by an Active Microwave Medium
PASER是一种非常有吸引力的粒子加速方法，它将来自活性介质的能量转移到带电粒子束中。这种效应类似于微波激射器或激光器的作用，其中辐射的受激发射是由光束的电磁场中的虚光子产生的。我们一直在研究开发一种在X波段工作的示范PASER的可能性。在X波段而不是光学频率工作所需的限制性较小的光束传输和设备尺寸公差，以及X波段硬件在加速器技术中的广泛应用，都有助于在该频率范围内进行PASER演示实验的吸引力。这种方法的关键是一类新的活性材料，表现出光诱导电子自旋极化的可用性。我们将报告的活性材料的发展和测量，数值模拟，并朝着计划微波PASER加速实验在阿贡韦克菲尔德加速器设施的进展状况。
2006-12-27 physics.acc-ph
A Prototype Compact Accelerator Driven Neutron Source for Canada Supporting Medical and Scientific Applications
加拿大最近失去了其主要的中子束供应，于2018年3月关闭了Chalk River实验室的国家研究通用反应堆。这一问题因国外其他反应堆的关闭而进一步加剧，这些反应堆也是中子研究中心。因此，随着全球供应的萎缩，加拿大和国际上都需要新的能源。紧凑的加速器驱动的中子源提供了一种实现脉冲中子束的强源的途径，其资本成本显著低于散斑源。为了缩小加拿大的中子缺口，加拿大紧凑型加速器驱动中子源原型（PC-CANS）被提议安装在温莎大学。根据设想，PC-CANS将为两个中子科学仪器服务，一个是硼中子俘获治疗站，另一个是用于正发射断层摄影的氟-18放射性同位素生产的光束线。为了满足中子束的这些不同应用，选择了直线加速器解决方案，以在5%的占空比内提供峰值电流为10 mA的10 MeV质子。该加速器是基于一个前置放大器和一个DTL与后DTL脉冲冲击系统，同时提供宏脉冲到每个终端站。中子科学和BNCT的中子生产靶将由铍制成，并设计成能够处理高束流功率密度。本文介绍了加速器的概念性研究以及用FLUKA和MCNP进行的中子产生和慢化的基准研究，以支持靶-慢化剂-反射体的设计
2022-05-03 physics.acc-ph physics.ins-det
Compact Spectral Characterization of 5-500 MeV X-rays from the Texas Petawatt Laser-Driven Plasma Accelerator
我们重建从500 MeV - 2 GeV的激光等离子体电子加速器产生的二次X射线的光谱。由吸收材料和成像板的交替层制成的紧凑型（7.5 $\times$ 7.5 $\times$ 15 cm）模块化X射线热量计记录单次激发X射线深度能量分布。X射线的范围从几MeV的逆康普顿散射X射线到$\sim$ 100 MeV的平均韧致辐射能量，并且通过相同的量热计检测器单独表征。Geant 4模拟能量沉积从单能X射线在堆栈中生成一个能量与深度响应矩阵给定的堆栈配置。基于逆康普顿散射和韧致辐射光子能量分布的分析模型的快速迭代重建算法在$\sim10$秒内展开X射线光谱。
2021-06-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
A Prototype Compact Accelerator-based Neutron Source (CANS) for Canada
2018年，随着加拿大安大略省乔克河国家研究通用（NRU）反应堆的关闭，加拿大获得中子束进行中子散射的机会大大减少。从长远来看，需要新的能源;否则，随着全球供应的萎缩，获取能源只会变得更加困难。紧凑型基于加速器的中子源（CANS）提供了强中子源的可能性，其资本成本显著低于散斑源。在本文中，我们提出了加拿大的CANS。该提案分阶段进行，第一阶段提供一个中等中子通量，直线加速器为基础的中子散射的方法，也与硼中子俘获治疗（BNCT）站和正电子发射断层成像（PET）同位素站耦合。第一阶段将作为第二阶段的原型：一个更高亮度，更高成本的设施，可以被视为中子应用的国家中心。
2021-04-20 physics.acc-ph physics.ins-det
Novel path towards compact laser ion accelerators for hadron therapy: Tenfold energy increase in laser-driven multi-MeV ion generation using a gas target mixed with submicron clusters
我们演示了产生10-20 MeV/u的离子与紧凑的4 TW激光器使用的气体靶与亚微米簇混合，对应于十倍的离子能量增加相比，以前的实验与固体靶。据推测，高能离子的产生是由于形成了一个强的偶极涡旋结构。所展示的方法有可能构建紧凑和高重复率的离子源，用于强子治疗和其他应用。
2009-02-28 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Study of the transfer and matching line for a PWFA-driven FEL
本文提出一种基于放电毛细管阵列和准直器的非常规传输线方案，用于PWFA驱动的FEL，实现了见证束流的高质量传输和驱动束流的有效移除。
2025-07-16 physics.acc-ph
Effects of Curved Superconducting Magnets on Beam Stability in a Compact Ion Therapy Synchrotron
本文首次研究弯曲型CCT超导磁体在紧凑型医用同步加速器中的影响，提出三维弯曲场分析方法并在MAD-X/PTC中建模，以评估其对束流动力学和长期稳定性的作用，为优化磁体与加速器设计提供依据。
2025-02-07 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
Demonstration of tunability of HOFI waveguides via start-to-end simulations
本文提出HOFI通道形成与导引特性的端到端模拟流程，经实验验证后揭示其物理机制与参数可调性，证明其在宽参数范围内具有优异导引性能，为激光等离子体加速器提供可调谐波导方案。
2023-05-26 physics.acc-ph physics.flu-dyn physics.optics
Advanced Accelerator Concepts
近年来，在不基于传统RF加速结构的创新加速方法的开发方面取得了惊人的进展。这些新的发展是在激光，等离子体和加速器物理学的接口，并可能导致更紧凑和更具成本效益的加速器设施。虽然这些新技术主要关注以比传统RF结构大得多的梯度加速带电粒子的能力，但在射束参数和再现性方面，这些新技术尚未表现出与RF结构相当的性能。为了指导必要的基本研发和概念验证之外的发展，现在需要对运行用户设施所需的性能和波束参数有一个共同的理解和定义。这些创新的用户设施可以包括“桌面”光源，医疗加速器，工业加速器甚至高能对撞机。本文将回顾新的加速方法中最有前途的发展，并介绍正在进行的项目的状态。
2021-03-19 physics.acc-ph
Compact Accelerator-Based Production of Carrier-free $^{177}$Lu From 18 MeV $D^+$ on [$^{176}$Yb]Yb$_2$O$_3$
本研究通过实验与模拟激发函数，设计了一种基于紧凑直线加速器（RFQ与DTL）利用18 MeV氘核束流轰击富集靶生产无载体$^{177}$Lu的方案，证实其产量与纯度满足临床需求，为反应堆生产方法提供了可行的临床替代方案。
2025-03-07 physics.acc-ph physics.med-ph
A SW Ka-Band Linearizer Structure with Minimum Surface Electric Field for the Compact Light XLS Project
对于用于研究、工业和医疗应用的下一代直线加速器，存在对能够实现更高梯度和更紧凑尺寸的加速结构的强烈需求。在Compact Light XLS项目的框架中，需要超高梯度高次谐波RF加速结构用于纵向空间相位的线性化。为了确定最大的可持续梯度在正常进行射频供电的粒子束加速器具有极低的射频击穿的概率，调查正在进行中的Ka波段政权使用短路加速结构。我们在这里报告的电磁设计的紧凑型线性化驻波（SW）加速结构8厘米长的$π$模式，三次谐波相对于直线加速器频率（11.994 GHz）与100 MV/m的加速梯度和最小表面电场。利用著名的SuperFish、HFSS和CST计算软件进行了数值电磁研究。
2020-03-05 physics.acc-ph
High-throughput injection-acceleration of electron bunches from a linear accelerator to a laser wakefield accelerator
由强激光（激光尾场加速器，LWFAs）或粒子束（等离子体尾场加速器，PWFAs）驱动的基于等离子体的加速器（PBA）与传统的射频（RF）加速器相比，可以以极高的梯度加速带电粒子。在过去的二十年里，在这一领域取得了长足的进步，使PBA成为下一代光源和对撞机的候选者。然而，这些具有挑战性的应用必然要求光束具有良好的稳定性、高质量、可控的偏振和优异的再现性。迄今为止，此类光束仅由传统的RF加速器产生。因此，重要的是要证明注入和加速的光束首先使用传统的RF加速器，由PBA。在最近的一些关于PWFA中LWFA分级和外部注入加速的研究中，只有很小一部分（从低于0.1%到几个百分比）的注入电荷（耦合效率）被加速。对于未来的对撞机，其中束能量将需要使用多个阶段来提升，每个阶段的耦合效率必须接近100%。在这里，我们报告的第一个演示外部注入从一个基于光电阴极RF枪的传统直线加速器（LINAC）到LWFA和随后的加速没有任何重大损失的电荷或质量下降，这是通过适当的成形和匹配的束到等离子体结构。这是实现高通量、多级、高能量、混合型常规等离子体加速器的重要一步。
2020-05-01 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Reliability and fault tolerance in the European ADS project
在介绍了可靠性理论之后，本文重点介绍了欧洲ADS示范项目中的直线质子加速器。设计问题进行了讨论，并给出了容错的情况下的例子。
2013-07-31 physics.acc-ph
Superconducting Accelerators for High-Power X-ray production
迄今为止，作为用于产生用于工业目的的电离辐射的电子源的直线加速器（直线加速器）被限制为小于100 kW。当直接使用电子束时，这对于大多数潜在的应用是足够的。然而，当电子束用于产生光子（X射线），然后在应用中使用时，这不足以与其他光子源（来自钴-60的伽马射线）竞争。本文将讨论一个紧凑的超导RF（CSRF）加速器系统，依赖于新兴技术，将能够产生电子束功率到100千瓦的效率比目前的直线加速器。重点是产生用于医疗器械灭菌的X射线束，以提供目前用于此目的的钴-60的替代品。
2022-02-15 physics.acc-ph
Long-term future particle accelerators
半个多世纪以来，粒子加速器使高能物理和其他研究领域的前沿研究成为可能。自1939年以来，加速器直接促成了26项诺贝尔物理学奖，以及另外20项诺贝尔化学奖，医学奖和物理学奖。虽然高能物理一直是粒子加速器发展的主要动力，但加速器设施在许多研究和技术领域的应用不断扩大。例如，加速器应用的活跃领域包括治疗癌症的放射疗法、短寿命医用同位素的生产、同步加速器光源、自由电子激光、微电路的光束光刻、薄膜技术和食品的辐射加工。目前，最大和最强大的加速器是欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC），它在27公里的高真空环中将质子加速到几TeV的能量。为了超越LHC的最大能力，正在考虑的基于射频加速的下一代圆形和线性粒子对撞机将需要数十亿美元的投资，公里级的基础设施和巨大的功耗。这些因素在资源日益有限的世界上构成严重挑战。因此，重要的是寻找替代和可持续的加速技术。这篇评论文章特别关注新的加速器技术，以克服目前的加速限制，走向更紧凑和具有成本效益的长期未来加速器。
2022-06-17 physics.acc-ph
