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
Excitation and Control of Plasma Wakefields by Multiple Laser Pulses
实验证明了激光脉冲串共振激发等离子体波。我们还采取了重要的第一步，实现能量回收等离子体加速器，通过显示未使用的尾场能量可以被删除的共振拖尾激光脉冲。测量的激光尾场被发现是在良好的协议与尾场激发的线性政权的分析和数值模型。我们的研究结果表明，一个有前途的方向，实现高度控制，GeV级的激光等离子体加速器工作在多千赫重复率。本文于2017年7月27日发表在Physical Review Letters 119，044802上。DOI：10.1103/PhysRevLett.119.044802 Copyright 2017 American Physical Society.
2017-08-14 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Demonstration of a compact linear accelerator
最近，我们提出了一种用于紧凑型射频（RF）加速器结构的新方法，并演示了各个组件的功能：加速单元和聚焦元件。在本文中，我们结合这些单位，形成一个工作的加速器结构，包括一个匹配的部分之间的离子源提取网格和RF加速单元。匹配部分由使用3D打印技术制造的六个静电四极杆（ESQ）组成。匹配部分使我们能够捕获两倍的光束量，并将光束包络与加速度晶格的条件相匹配。我们提出的数据，从一个集成的加速器组成的源，匹配部分，和ESQ双峰夹在两个RF加速单元。
2018-02-01 physics.acc-ph
Demonstration of Autonomous Emittance Characterization at the Argonne Wakefield Accelerator
本文针对高亮度加速器中束流发射度自动化表征的难题，提出在Argonne Wakefield Accelerator上应用Bayesian Exploration技术，实现了一种仅需有限操作员输入即可快速自主测量束流发射度的即插即用四极透镜扫描工具。
2023-07-27 physics.acc-ph
Multi-GeV Wakefield Acceleration in a Plasma-Modulated Plasma Accelerator
本文研究等离子体调制等离子体加速器（P-MoPA），通过调控调制级参数使尾场振幅比拍波加速器高72%，并展示少焦耳皮秒脉冲驱动下实现多GeV电子加速的潜力。
2023-11-01 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Stability of the Modulator in a Plasma-Modulated Plasma Accelerator
本文推导了P-MoPA方案中等离子体调制器的三维解析理论，发现光谱调制与横向坐标无关，并识别出限制驱动脉冲能量的横向模式不稳定性（TMI），PIC模拟表明可调制更高能量的脉冲。
2023-03-24 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Status Report on the Low-Energy Demonstration Accelerator (LEDA)
75 keV的注入器和6.7 MeV的质子束流，包括连续波，100毫安质子直线加速器的第一部分的加速器生产氚（APT）项目已经建成和运行。LEDA电子束发生器已经过脉冲和连续波输出束流<=100 mA的广泛测试。高达2.2兆瓦的连续波射频功率从350兆赫的射频系统耦合到超导体，包括670千瓦的连续波质子束。由四极磁铁扫描测量确定的93 mA脉冲式双极输出光束的发射度为ex x ey = 0.25 x 0.31（π mm mrad）2 [rms归一化]。一个后续的实验，有意引入和测量光束晕的激光器输出光束，现在正在安装。
2000-08-19 physics.acc-ph
Demonstration of Niobium Tin in 218 MHz Low-beta Quarter Wave Accelerator Cavity
本文报道218 MHz低β四分之一波长铌腔的Nb3Sn技术验证，介绍制造、初步冷测、涂层方案及未来高TC、低冷却需求应用。
2023-07-17 physics.acc-ph
Experimental Demonstration of a Two-Dimensional Nonlinear Integrable System in a Particle Accelerator
Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）；Consortium for Advanced Science and Technology (CASE), University of Chicago（芝加哥大学先进科学技术联盟）；Michigan State University（密歇根州立大学）；Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室）；Northern Illinois University（北伊利诺伊大学）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
在费米实验室可积光学测试加速器上，通过插入特殊非线性磁体实现二维非线性可积系统，测量电子束相关参数表征系统，结果与理论相符，还观察到分岔，此研究为粒子加速器设计和粒子束稳定开辟新途径。
2026-07-27 physics.acc-ph
Beam Emittance Measurements for the Low-Energy Demonstration Accelerator Radio-Frequency Quadrupole
低能示范加速器（LEDA）射频四极（QRF）是一个100%占空比（CW）直线加速器，可提供>100 mA的6.7 MeV H+束流。8米长，350兆赫的超导结构加速直流，75千电子伏，110毫安的H+束从LEDA注入器与>90%的传输。LEDA [1，2]包括一个75 keV质子注入器，6.7 MeV，350 MHz CW注入器以及相关的高功率和低水平射频系统，短高能束流传输（HBT）和高功率（670 kW CW）束流停止。束流发射度是从线扫描仪测量的光束轮廓在一个单一的位置在HEBT推断。测量的束轮廓作为一个函数的磁场梯度在一个HEBT四极。当梯度改变时，光斑大小通过横向腰部。测量的峰值电流在25和100 mA之间。
2000-08-17 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
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
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
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
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
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
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
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
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
All-optical density downramp injection in electron-driven plasma wakefield accelerators
等离子体尾场加速器的一个关键问题是如何将高质量的电子注入等离子体波中。在这里，我们报告的第一个实验演示的等离子体密度下降斜坡注入的电子驱动的等离子体尾场加速器，它可以控制和调整的mJ级激光脉冲的全光学方式。激光脉冲在其到达之前被引导穿过等离子体波的路径，在该路径处，激光脉冲除了通过高电离阈值气体成分的隧穿电离产生背景等离子体之外还产生局部等离子体密度尖峰。该密度尖峰在密度下降斜坡期间使等离子体波失真，导致等离子体电子被注入到等离子体波中。通过调整激光脉冲能量和形状，可以设计高度灵活的等离子体密度尖峰分布，从而实现无暗电流的多功能高质量电子束的产生。这又允许产生独特的注入光束配置，例如反向振荡的双光束。
2020-07-24 physics.acc-ph physics.plasm-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
Field deployment of a laser wakefield accelerator for on-site application
Beijing Academy of Quantum Information Sciences（北京量子信息科学研究院）；Tsinghua University（清华大学）；Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）；Zhengzhou University（郑州大学）
本文报道了可野外部署的激光尾场加速器系统，其在工业现场试验中稳定运行，产生的高能电子束与X射线可实现高分辨率无损检测，推动该技术从实验室走向实际应用。
2026-08-19 physics.acc-ph physics.plasm-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
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
Narrow bandwidth, low-emittance positron beams from a laser-wakefield accelerator
本文实验演示了具备窄带宽、低发射度和飞秒时长的激光驱动超相对论正电子源，并通过模拟证明其可注入并加速于等离子体尾波场。
2023-07-11 physics.acc-ph physics.plasm-ph
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
Coherence and superradiance from a plasma-based quasiparticle accelerator
相干光源，例如自由电子激光，为生物学、化学、物理学和先进技术应用提供明亮的光束。增加这些光源的亮度需要逐渐变大的设备，最大的是几公里长（例如，LCLS）。我们能否扭转这一趋势，将这些资源带到大学、医院和工业界的数千个实验室？在这里，我们通过重新思考辐射物理学的基本原理来解决这个长期存在的问题。我们工作的核心是引入基于准粒子的光源，这些光源依赖于发光电荷系综的集体和宏观运动，以考虑单个电荷时非物理的方式进化和辐射。基本概念允许在全新的配置中实现时间相干性和超辐射，提供具有清晰实验特征和革命性特性的辐射。基本的概念是说明与等离子体加速器，但远远超出了这种情况下，如非线性光学配置。准粒子方法的简单性使其适合在现有的激光和加速器设施的实验演示。
2023-01-26 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-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
Numerical Studies of Optimization and Aberration Correction Methods for the Preliminary Demonstration of the Parametric Ionization Cooling (PIC) Principle in the Twin Helix Muon Cooling Channel
μ子对撞机被提议用于下一代粒子加速器，以研究能量和强度前沿的高能物理。在本文中，我们研究了一种可能的实现μ子电离冷却，参数共振电离冷却（PIC），在双螺旋通道。PIC的共振冷却方法提供了降低发射度的潜力，超过了用普通磁聚焦的电离冷却所能达到的。我们研究了各种参数的优化，研究了双螺旋通道中的非线性动力学，并考虑了可能的像差校正方法。
2014-01-31 physics.acc-ph
Multi-GeV electron bunches from an all-optical laser wakefield accelerator
我们提出了多GeV的激光尾场加速在一个完全光学形成的等离子体波导的第一个演示，与加速梯度高达25 GeV/m。该波导是通过在低密度氢气射流中自波导<15 J，45 fs（<~300 TW）脉冲超过20 cm形成的，同时加速电子聚束在毫弧度发散准单能峰中被驱动到5 GeV，相对能量宽度为~15%，电荷至少为~10皮库仑。在N_e0=（1.3-3.2）x10^17 cm^（-3）的范围内，能量增益与轴上波导密度成反比。我们发现，束团光谱和电荷的连续稳定性强烈依赖于注入激光脉冲的指向和气体射流的均匀性。我们还观察到泵浦耗尽引起的失相的证据，长的光引导距离的后果。
2021-12-08 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Differential pumping for kHz operation of a Laser Wakefield accelerator based on a continuously flowing Hydrogen gas jet
本研究提出并验证了一种差分抽气系统设计方法，首次实现了基于高压氢气射流的kHz激光尾场加速器的连续运行，为高重复频率加速器的实际应用提供了关键技术支持。
2025-01-29 physics.acc-ph physics.optics 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
High brightness multi-MeV photon source driven by a petawatt-scale laser wakefield accelerator
实验演示了拍瓦激光驱动的高亮度多MeV伽马源，每脉冲产生10^9个光子，亮度比以往全光学源高百倍，由逆康普顿散射产生，模型可预测并优化辐射效率，适用于核物理研究。
2025-10-15 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Path to a Single-Stage, 100-GeV Electron Beam via a Flying-Focus-Driven Laser-Plasma Accelerator
本文提出基于飞行聚焦技术的无相位失配激光尾场加速（DLWFA）新概念，通过NSF OPAL激光设施实现单级100 GeV电子束的实验路径，并展示初步模拟与设计进展。
2025-04-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Demonstration of Cathode Emittance Dominated High Bunch Charge Beams in a DC gun-based Photoinjector
我们提出的结果的横向发射度和纵向电流分布测量的高聚束电荷（大于或等于100 pC）在DC枪为基础的康奈尔能量恢复直线加速器光注入器产生的光束。特别是，我们表明，阴极热和核心束流发射度占主导地位的最终95%和核心发射度测量在9-9.5兆电子伏。此外，我们展示了优化的3D空间电荷模拟和测量之间的良好协议，并表明横向激光分布的质量限制了最佳的模拟和测量的发射度。这些结果，以前认为只有用RF枪才能实现，表明基于DC枪的光注入器能够提供具有足够的单聚束电荷和光束质量的光束，适用于许多当前和下一代加速器项目，例如能量恢复直线加速器（ERL）和自由电子激光（FEL）。
2015-01-16 physics.acc-ph
Experimental generation of extreme electron beams for advanced accelerator applications
本文报告了在粒子加速器中实验产生10 GeV、飞秒级、0.1 MA、拍瓦峰值功率的极端电子束，并通过激光-电子束整形技术实现了束流特性的生成与控制，为高强度束-光与束-物质相互作用研究及交叉应用开辟了新途径。
2025-01-31 physics.acc-ph
Feasibility Study and Perspectives of proton Dielectric Laser Accelerators (p-DLA): from nanosource to accelerator scheme
本文讨论了在全介质激光驱动加速器（p-DLAs）中产生和加速质子纳米束的可能性。高梯度片上光功率介质激光加速器（DLAs）是未来小型化粒子加速器最有前途的发展方向之一。DLA的主要挑战是具有驱动激光波长量级的尺寸的小光束孔径，其中必须传输低电荷高重复（或CW）超低发射率纳米束。对于电子束的产生和加速，正在进行激烈的研究活动，并且已经通过使用馈送电介质微结构的电子纳米尖端（或平坦光电阴极）源获得了若干演示。在这篇文章中，我们的目标是在可能性集成的轻离子或质子纳米束的产生适合于随后的加速到亚相对论（低β）p-DLA阶段的纳米源。这种集成包括使用质子介电射频四极杆（p-DRFQ）的想法，用于桥接加速器前端和漂移管和高β部分之间的间隙。这篇论文是作为一本白皮书编写的，其中包括最先进的技术和新的解决方案，这些技术和解决方案现在使全纳米结构质子加速器的雄心勃勃的前沿变得触手可及。这里提出的p-DLA的概念研究可以使桌面质子纳米束用于几种应用：质子束写入、亚微米尺度的核反应分析、基于反应器的小型化质子-硼核聚变的构造、微米尺度的生物分析、亚细胞水平的离子束分析、用于保护浅层组织的微束离子疗法、晶体管的质子辐照、用于中子产生的紧凑型质子直线加速器。
2021-06-25 physics.acc-ph
LUX -- A Laser-Plasma Driven Undulator Beamline
LUX光束线是一种新型的激光等离子体加速器。基于汉堡大学和DESY的联合专业知识，光束线经过精心设计，将激光等离子体加速方面的最新专业知识与加速器技术和光束诊断方面的最新进展相结合。LUX引入了一种范式变化，从单发演示实验转向可用，稳定和可控的加速器操作。在这里，我们讨论了LUX的一般设计概念，并提出了最近已经实现的第一个关键里程碑，包括在重复频率高达5 Hz的能量高于600 MeV的电子束的产生和自发波荡器辐射的产生在远低于9 nm的波长。
2018-01-23 physics.acc-ph
High-quality electron beam generation from laser wakefield accelerators for driving compact free electron lasers
State Key Laboratory of Ultra-intense laser Science and Technology, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics (SIOM), Chinese Academy of Sciences (CAS)（中国科学院上海光学精密机械研究所超强度激光科学与技术国家重点实验室）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；ShanghaiTech University（上海科技大学）
本研究明确了高质量单级激光尾场加速器的关键物理机制与优化策略，通过全链条模拟证实，其驱动的小型自由电子激光在4.5米波荡器后达饱和，能量17.4μJ、功率6.0GW，为相关应用开辟新路径。
2026-08-11 physics.acc-ph physics.plasm-ph
First Experimental Demonstration of Reinforcement Learning-Based Tuning on the PSI Injector 2 Cyclotron
Transmutex SA（Transmutex公司）；Paul Scherrer Institut（保罗谢勒研究所）
研究针对高功率质子回旋加速器束流调谐难题，开发基于机器学习的调谐框架，结合强化学习算法、实时诊断控制及加速器物理启发调整，经12天测试，实现多运行点调谐及策略泛化，是高功率回旋加速器强化学习辅助调谐的首次演示。
2026-07-20 hep-ex 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
Single-Shot High-Energy Muon and Particle Radiography with a Multi-GeV Laser-Wakefield-Accelerator-Driven Source
Colorado State University（科罗拉多州立大学）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；ELI Beamlines Facility, The Extreme Light Infrastructure ERIC（ELI光束线设施，极端光基础设施ERIC）；Institute for Research in Electronics and Applied Physics, University of Maryland（马里兰大学电子与应用物理研究所）；Czech Technical University in Prague（布拉格捷克技术大学）
首次利用1-10 GeV激光尾场产生的粒子束进行单次粒子射线照相，通过大体积闪烁体探测器确认束中μ子含量，模拟证实其高穿透性，建立了激光尾场加速器驱动源的单次高能粒子射线照相技术。
2026-07-15 hep-ex physics.acc-ph physics.plasm-ph
An $ep$ collider based on proton-driven plasma wakefield acceleration
最近的模拟表明，高能质子束可以激发强等离子体尾场，并在单个加速阶段将一束电子加速到能量前沿。这一计划可能导致未来的$ep$对撞机使用大型强子对撞机的质子束和一个紧凑的电子加速器的长度为170米，产生电子的能量高达100 GeV。这样的对撞机的参数进行了讨论，以及在欧洲核子研究中心加速器复杂的概念布局。还将介绍等离子体尾场加速的物理学，简要回顾了质子驱动等离子体尾场加速的原理证明AWAKE实验，以及这种$ep$对撞机的物理可能性。
2014-07-08 hep-ex physics.acc-ph physics.plasm-ph
RF system for the MICE demonstration of ionization cooling
μ子加速器为一系列未来的粒子物理实验提供了一个有吸引力的选择。它们可以使高能（TeV+）高能轻子对撞机，同时减轻同步加速器损失的困难，并可以为基础物理实验研究味道的物理学提供强烈的中微子束。产生μ子束的方法导致高束流发射度，为了有效加速，必须降低高束流发射度。传统的发射度控制方案需要太长的时间，考虑到非常短（2.2微秒）的μ子的休息寿命。电离冷却提供了一种更快的方法来减少粒子发射，国际MICE合作旨在首次展示这种技术。本文将介绍MICE RF系统及其在整体实验中的作用。
2017-09-14 physics.acc-ph
Beam Stacking Experiment at a Fixed Field Alternating Gradient Accelerator
本文在京都大学KURNS固定场交变梯度加速器上实验演示了束流堆叠技术，通过Schottky信号分析发现合并束流动量散布仅略增，但首束流强度因RF knock-out显著降低。
2024-07-19 physics.acc-ph
High Repetition-Rate Wakefield Electron Source Generated by Few-millijoule, 30 femtosecond Laser Pulses on a Density Downramp
报道了利用亚太瓦功率激光器，将脉冲能量仅为8mJ的30 fs激光脉冲紧紧聚焦在100 μm尺度气体靶上，实现激光尾流场电子加速的实验研究。实验以前所未有的0.5 kHz重复率进行，允许“实时”优化加速器参数。良好的准直和稳定的电子束与准单能峰超过100千电子伏的测量。粒子在细胞模拟显示出良好的协议与实验结果，并建议一个加速机制的基础上的电子捕获的密度下降，由于随时间变化的相速度的等离子体波。
2012-04-28 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Direct laser acceleration of electrons in free-space
紧凑型激光驱动加速器是一种多功能和强大的工具，在科学，健康，安全和技术的各种目的的社会基础上具有不可替代的相关性，因为它们为传统射频加速器的最先进成就带来了巨大的实用性。目前基于激光的基准技术依赖于介质来辅助光-物质相互作用，这施加了材料限制或强烈的不均匀场。几个周期的超强径向偏振激光器的出现，实现了一个广泛研究的新型加速器，采用最简单的形式的激光加速，是独特的，不需要介质，实现强纵向能量转移直接从激光到粒子。在这里，我们提出了直接纵向激光加速的非相对论电子，经历高方向性的多GeV/m加速梯度的第一次观察。这一演示开辟了一个新的前沿直接激光驱动粒子加速能够创建良好的准直和相对论阿秒电子束和x射线脉冲。
2015-01-21 physics.acc-ph physics.optics
Demonstration of a novel phase space painting method in a coupled lattice to mitigate space charge in high-intensity hadron beams
Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）
本文提出了一种新的相空间绘画方法，用于在耦合晶格中减轻高强度强子束团中的空间电荷，通过实验实现了对相空间分布的四维控制，并验证了其在Spallation Neutron Source (SNS) Accumulator Ring中的应用效果。
2026-01-21 physics.acc-ph physics.app-ph
LEDA Beam Operations Milestone and Observed Beam Transmission Characteristics
最近，氚加速器生产（APT）项目的低能示范加速器（LEDA）部分达到了100 mA，8小时连续波束流运行的里程碑。LEDA由一个75 keV质子注入器，6.7 MeV，350 MHz CW射频四极杆与相关的高功率和低电平射频系统，短高能束流传输（HBT）和高功率（670 kW CW）束流收集器组成。在试运行阶段，人们发现，为了以低损耗加速整个100 mA射束，磁场水平必须比设计高出约5-10%。低占空比，100毫安的光束的测量表明，光束传输是出乎意料的低？90和105%的设计之间的磁场水平。本文将介绍LEDA运营的一些方面，这些方面对于实现上述里程碑至关重要。测量和模拟结果，减少近设计工作条件下的光束传输。
2000-08-16 physics.acc-ph
Simulation of a radiobiology facility for the Centre for the Clinical Application of Particles
正在研究粒子临床应用中心的放射生物学应用激光混合加速器设施，需要模拟新的加速器部件（如伽柏透镜捕获系统）、模拟探测器和模拟离子束与细胞的相互作用。LhARA的第一阶段将为体外研究提供高达15 MeV的质子。LhARA的第二阶段将使用固定场加速器来增加粒子的能量，以允许使用质子进行体内研究和使用较重离子进行体外研究。BDSIM是一个基于Geant 4的加速器模拟工具，已被用来进行粒子跟踪模拟，以验证由BeamOptics完成的束流光学设计，这些显示出良好的一致性。设计参数的定义基于EPOCH模拟的激光源和一系列的单能输入光束产生的BDSIM。跟踪结果表明，大角度扩展的输入光束（0.2 rad）可以传输几乎100%的传输，同时保持在终端站的发散度非常低（<0.1 mrad）。LhARA的遗产将是展示可以推动质子和光离子治疗（即耦合到Gabor透镜捕获和固定场加速器的激光源）的技术，以及能够提供全面实验数据集的系统，可用于增强质子和光离子治疗的临床应用。
2019-07-23 physics.acc-ph physics.med-ph
Energy-resolved measurement of individual GeV muon tracks generated by electrons from a compact Laser-Plasma Accelerator
Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
研究利用紧凑型激光等离子体加速器，通过多GeV电子与固体靶相互作用产生μ子束。新实验扩展诊断能力，能单独重建μ子轨迹并测量能量，为基于轨迹的有源源μ子成像提供关键证明，加速相关有源μ子源开发。
2026-07-27 physics.acc-ph physics.app-ph
Report on the Advanced Linear Collider Study Group (ALEGRO) Workshop 2026
INFN-LNF（意大利国家核物理研究所劳伦兹国家实验室）；INFN-Frascati National Laboratory（意大利国家核物理研究所弗拉斯卡蒂国家实验室）
2026年3月举办的第7届ALEGRO研讨会，汇聚国际先进新型加速器社区，讨论先进尾场加速器在粒子和高能物理中的作用，重点是10 TeV直线对撞机设计研究，还回顾其近期应用及运行挑战等，总结研讨会讨论内容与结论，概述其现状与前景。
2026-07-13 hep-ex hep-th physics.acc-ph
