Untrapped HOM Radiation Absorption in the LCLS-II Cryomodules
LCLS-II的连续波直线加速器中的超导腔被设计为在2K下工作，其中冷却成本非常昂贵。热源之一是由光束沉积的高阶模（HOM）功率。由于束团长度非常短--特别是在L3最后的直线加速器中--LCLS-II光束光谱延伸到太赫兹范围内。陶瓷吸收器，在70 K和位于低温模块之间，是为了吸收大部分的这种权力。在这份报告中，我们进行了两种计算，以估计吸收剂的有效性和在2 K时需要去除的光束功率的量。
2014-11-06 physics.acc-ph
Accelerated Lifetime Test of The SRF Dressed Cavity/Tuner System for LCLS II HE Project
离频失谐方法正在考虑应用于LCLS-II-HE超导直线加速器中，以产生用于同时支持多个波荡器线的多能量电子束[1]。调谐器的设计已经改变，以提供大约3倍的频率调谐范围。离频操作（OFO）的工作要求规定腔室每月至少调谐两次。该规范要求调谐器的寿命比LCLS-II要求增加20倍。在FNAL的HTS上对带有调谐器的LCLS-II HE装饰腔进行了加速寿命测试。将详细分析调谐器的压电和步进电机致动器的磨损和性能的影响。此外，还将提供冷却至2 K并压缩2.6 mm约2000次循环时，经修整的腔波纹管的寿命测试结果。
2022-08-08 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
Sensitivity of Niobium Superconducting Cavities to Trapped Magnetic Flux Dissipation
未来的粒子加速器，如SLAC“Linac Coherent Light Source-II”（LCLS-II）和康奈尔能量回收直线加速器（ERL），需要数百个以连续波（CW）模式运行的超导射频（SRF）腔。为了实现诸如此类的项目的经济可行性，腔必须实现非常高的固有品质因数（$Q_0$）以将低温损失保持在可行的限度内。为了在LCLS-II的情况下达到这些高的$Q_0$，已经提出了氮掺杂作为腔制备技术。当处理$Q_0$大于1 \e{10}时，环境磁场对$Q_0$的影响变得显著。在这里，我们表明，在一个腔的墙壁被困磁场的RF损耗的灵敏度是强烈依赖于腔的准备。具体地，标准电抛光和120个$^\circ$ C烘烤的腔体分别显示出对$\sim0.6$和$\sim0.8$ n $Ω$ /mG捕获的捕获磁通量的剩余电阻灵敏度，而氮掺杂的腔体显示出$\sim$ 1至5 n $Ω$ /mG捕获的灵敏度。我们发现，这种差异的灵敏度是直接相关的平均自由程的RF表面层的铌：较短的平均自由程导致较少的剩余电阻灵敏度被困磁通量在脏的限制（$\ell<<ξ_0$），而较长的平均自由程导致较低的灵敏度在清洁的限制（$\ell>>ξ_0$）。这些实验结果也被证明有很好的协议与最近的理论预测钉扎涡线振荡RF字段。
2015-11-24 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
Low RF power plasma ignition and detection for in-situ cleaning of 1.3 GHz 9-cell cavities
从垂直测试到加速器运行，超导射频（SRF）腔体的性能保持至关重要。场致发射（FE）仍然是要克服的性能限制因素之一，并且等离子体清洁已被证明是成功的，通过溅射中子源（SNS），在清洁场致发射体和增加Nb的功函数。费米国家加速器实验室（FNAL），SLAC国家加速器实验室和橡树岭国家实验室（ORNL）之间建立了合作关系，目的是将等离子体处理应用于直线加速器相干光源-II（LCLS-II）腔，以最大限度地减少和克服场发射，而不影响氮掺杂腔的高Q值。LCLS-II的清洁将遵循SNS采用的相同等离子体成分，这允许对安装在低温模块中的腔体进行碳氢化合物污染物的原位处理。FNAL开发了一种新的等离子体点火方法：利用高阶模点燃等离子体辉光放电，以克服基波功率耦合器的限制，从而实现对低温制冷机腔体的原位清洗。等离子体可以很容易地点燃和调谐在每个腔室使用低RF功率。还开发了一种用于等离子体检测的方法，该方法允许检测腔体中的等离子体位置，而不需要在腔体两端处的相机。所提出的方法可以应用于其他多单元腔的设计，甚至在室温下的基模耦合是非常弱的加速器。
2019-02-08 physics.acc-ph physics.plasm-ph
LCLS-II-HE verification cryomodule high gradient performance and quench behavior
一个8腔，1.3 GHz，LCLS-II-HE低温振荡器在费米实验室组装和测试，以验证生产开始前的性能。其腔体进行了一种新的氮掺杂处理，以提高梯度性能。用修改的方案测试冷冻模块以处理零星猝灭，这在LCLS-II生产冷冻模块中观察到，并且归因于多重碰撞。专门的垂直测试实验支持归因于二次碰撞。验证低温恒温器在连续波模式下实现了200 MV的加速电压，对应于24.1 MV/m的平均加速梯度，显著超过173 MV的质量标准。平均Q 0（3.0x10^10）也超出其质量标准（2.7x10^10）。在处理之后，没有观察到场发射直到每个腔的最大梯度。本文回顾了低温性能，并讨论了几个月的计划中实施的操作问题和缓解措施。
2021-10-27 physics.acc-ph
Installation, Commissioning and Performance of Phase Reference Line for LCLS-II
用于分布式系统的任何腔控制器都需要相位参考线（PRL）信号，根据该信号来定义腔场测量的相位。SLAC的LCLS-II PRL系统为LLRF系统的每个机架提供1300 MHz的双向（正向和反向）相位参考。嵌入主振荡器（MO）的PRL控制器将两个方向的平均相位锁定到MO本身。固件中采用相位平均跟踪环路，支持消除PRL电缆长度变化引起的相位漂移。FPGA逻辑移动数字LO的相位，以获得两个PRL信号的零平均相位。同一LO用于处理腔拾取信号，从而为关键腔RF测量建立稳定的参考相位。在低频时，相对于LO分布的开环PRL噪声包括强环境和1/f分量，但闭环噪声接近DSP的本底噪声。这意味着腔体的近距离相位噪声将由底盘DAQ噪声主导。与机器操作相关的最终环外相位噪声是腔场相对于光束的相位噪声。
2022-10-15 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
Experiment Research on Feasibility of In-Situ Plasma Cleaning in Normal-conducting Copper Cavities
清华大学开发了内置线圈的13.56 MHz电感耦合等离子体平台，实验证明“Ar/O + Ar/H方法”能提高铜表面功函数并减少场增强效应，有效缓解场发射，提升加速器稳定性与加速梯度。
2024-10-11 physics.acc-ph physics.plasm-ph
High Q and high gradient performance of the first medium-temperature baking 1.3 GHz cryomodule
本文报道了世界首个含八个中温烘烤9-cell超导腔的1.3 GHz低温模组，其平均Q0达3.8E10@16 MV/m，总连续波电压超191 MV，性能显著超越CEPC、DALS及多个高重频自由电子激光设施规格。
2023-12-02 physics.acc-ph
In Situ Plasma Processing of Superconducting Cavities at Jefferson Lab
杰斐逊实验室于2019年春季开始了等离子体处理项目。等离子体处理是从表面去除碳氢化合物的常用技术，其增加了功函数并降低了次级排放系数。与依赖于场发射体的离子轰击的氦处理不同，等离子体处理使用等离子体中产生的游离氧来分解腔体表面上的烃。以水、一氧化碳和二氧化碳形式存在的碳氢化合物残留物作为工艺气流的一部分从低温蒸发器中除去。工作的最初重点是通过将RF功率注入HOM耦合器端口来处理C100腔。然后，我们将通过将RF引入基本功率耦合器来开始研究C50腔的处理。该计划是在中期的未来开始在CEBAF隧道中处理低温模块，目标是改善直线加速器的运行梯度和能量裕度。这项工作将描述的系统和方法，在JLAB使用氩氧气体混合物处理腔。还将介绍等离子体处理前后的结果。
2022-04-06 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
Improved RF Performance of Niobium Cavities via In-situ Vacuum Heat Treatment Technique
提出一种原位真空热处理新方法，通过在低温恒温器中局部加热退火Niobium腔，避免氧化和空气暴露，显著提升Q0并保持最大加速场，建议直接在低温模块中应用。
2024-12-24 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
RF heating experiments with a TESLA-9-cell cavity towards in-situ low- / mid-T-baking
本研究通过实验验证了利用射频功率对TESLA-9腔进行原位低温/中温烘烤的可行性，尽管存在加热速率不均的问题，为免拆卸处理提供了可能。
2024-12-18 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
Combining Particle Tracking with Electromagnetic Radiation Showers: Merging GPT and Geant4 with Visualization
场发射电子会严重影响高场、高占空比电子加速器的工作。加速场致发射可导致高平均功率射束，其可辐射损坏射束线组件。此外，局部损耗产生热热点，其释气降低了光注入器和低温模块中所需的超高高真空。然而，尽管它们的重要性，场发射的影响很少包括在电子注入器的设计和工程。这项工作试图通过结合两个众所周知的和有据可查的程序，GPT和Geant 4，来跟踪电子和它们在注入器束线中的损失，来补救这种情况。本文介绍了一个模拟电子沿束线的路径和损失的程序系统。此外，跟踪结果可以使用开源3D CAD程序沿着束管包络和围绕束管包络缩放和平移。结合程序GPT-Geant 4的散射计算结果与文献结果吻合良好。本文最后与暗电流模拟的LCLS-II注入器从阴极到准直器在1.5 m从阴极。
2022-12-15 physics.acc-ph
Improvement of Heat-Treated Niobium Surface by In-situ Plasma Treatment Applied to Superconducting RF Resonator
IJCLab, Paris Saclay University（巴黎萨克雷大学）；TRIUMF（特里ум夫实验室）；ICMMO, Paris Saclay University（巴黎萨克雷大学）
研究采用含10%氧气的氩气原位等离子体清洗，在500°C中温烘烤前后处理铌表面，去除碳氢化合物并改变氧化层成分，将Nb2O5转化为NbO2，减少碳化物形成53%，提升超导腔品质因子。
2026-11-03 physics.acc-ph
First Experimental Characterization of Plasma Parameters and Carbon Decontamination Rates in a Microwave Resonator Used in Particle Accelerators
Laboratoire de Physique des 2 Infinies Irène Joliot-Curie – IJCLab, CNRS, Université Paris-Saclay（无穷物理实验室伊雷娜约里奥-居里 - IJCLab，法国国家科学研究中心，巴黎萨克雷大学）；Laboratoire de Physique Subatomique et Cosmologie (LPSC), Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP（亚原子与宇宙学物理实验室（LPSC），格勒诺布尔阿尔卑斯大学，法国国家科学研究中心，格勒诺布尔理工学院）
本文通过Langmuir探针和石英晶体微天平测量，研究了微波谐振腔中等离子体参数及碳基污染去除率，探讨了提升超导射频腔体处理效果的指导方针和技术挑战。
2026-03-04 physics.acc-ph physics.plasm-ph
