Status and Prospects for the AWAKE Experiment
AWAKE协作正在进行质子驱动等离子体尾场加速电子的演示。AWAKE实验使用来自CERN SPS的\SI{400}{GeV/c}质子聚束，其均方根聚束长度为$6$，以驱动电子密度为$10^{14}-10^{15}$ cm $^{-3}$的\SI{10}{m}长铷等离子体中的尾场。由于驱动聚束长度比这些等离子体密度的等离子体波长（$λ_{pe}<$ \SI{3}{mm}）长得多，AWAKE进行了实验，以证明长质子聚束在等离子体中自调制（2017）。下一步是演示由自调制聚束驱动的尾场中电子的加速（2018）。我们总结了自调制测量的概念，并描述了电子加速实验的计划和挑战。
2018-09-05 physics.acc-ph physics.ins-det
A magnetic spectrometer to measure electron bunches accelerated at AWAKE
为了测量在等离子体中质子束流产生的尾流场中加速的电子束流的能量分布，我们研制了一台用于欧洲核子研究中心（CERN）AWAKE实验的磁谱仪。AWAKE是质子驱动等离子体尾场加速的原理验证实验，使用来自SPS的质子束。电子束在铷等离子体室中被加速到$\mathcal{O}$（1 GeV），然后通过偶极磁体与质子束分离。偶极磁体还在电子聚束上引起能量依赖的空间水平扩展，然后电子聚束撞击闪烁体屏幕。发射的闪烁光子通过三个高反射镜传输到一个位于暗室中的增强型CCD相机，该相机将图像传递到CERN控制系统进行存储和进一步分析。给定已知的磁场和系统效率的确定，闪烁光子的空间扩展可以被转换成电子能量分布。在闪烁体前面的轨道上安装的灯用于校准光学系统，闪烁体屏幕对电子的响应的校准在CERN的CLEAR设施中进行。在这篇文章中，AWAKE谱仪的设计，以及进行校准和预期的性能，这样就可以测量加速电子的能量分布。
2019-02-15 hep-ex physics.acc-ph physics.ins-det
External Electron Injection for the AWAKE Experiment
总结并说明了AWAKE实验中实现见证粒子注入尾场的方法。在AWAKE中，等离子体尾场由自调制相对论质子束驱动。为了证明这些尾场可以加速带电粒子，我们注入了由光电注入器产生的\unit [10-20]{MeV}电子束。我们总结了这种注射过程的实验挑战，并提出了我们的计划，在不久的将来。
2018-10-09 physics.acc-ph
Simulation study of betatron radiation in AWAKE Run 2 experiment
来自聚焦等离子体柱的感应加速器辐射的光谱学可以作为强有力的非侵入性束诊断方法用于等离子体尾场加速实验，例如AWAKE。本文研究了径向尺寸失配和离轴注入对准线性质子驱动等离子体尾流场中见证电子束团的束流动力学特性和辐射光谱特性的影响。结果表明，临界电子感应加速器光子能量和光子角分布的演化可以有效地揭示见证电子束团的初始注入条件。本文还讨论了用这种方法诊断AWAKE运行2质子自调制级中种子电子束团的可能性。
2022-04-27 physics.acc-ph
AWAKE, A Particle-driven Plasma Wakefield Acceleration Experiment
先进的质子驱动等离子体尾场加速实验（AWAKE）旨在研究质子束团驱动等离子体尾场的产生和电子加速。这是CERN的一个原理验证研发实验，也是世界上第一个质子驱动等离子体尾场加速实验。AWAKE实验将安装在前CNGS设施中，并使用来自SPS的400 GeV/c质子束团。第一个实验将集中在等离子体中的长（r.m.s ~12 cm）质子束的自调制不稳定性。这些实验计划于2016年底进行。之后，在2017/2018年，低能（~15 MeV）电子将被外部注入以采样尾流场，并被加速超过1 GeV。
2017-05-30 physics.acc-ph
AWAKE Input to the European Strategy for Particle Physics Update on behalf of the AWAKE Collaboration
AWAKE合作组致力于开发质子驱动等离子体尾场加速技术，已实现电子束从19MeV加速至2GeV以上，并规划到2031年完成多GeV束流加速演示，以推动其在粒子物理实验中的首次应用。
2025-04-01 physics.acc-ph
Beam Diagnostics in the Advanced Plasma Wakefield Experiment AWAKE
在AWAKE中，自调制质子束团驱动等离子体中的尾流场。最近的实验成功地证明了驱动聚束的自调制以及测试电子的加速的许多方面。接下来的实验将集中在产生一个多GeV的加速电子束，具有低发射度和低能量扩散。该实验需要各种先进的束流诊断来表征皮秒时间尺度上的自调制质子聚束。这些包括光学跃迁辐射和一个条纹相机，用于短时间和长时间尺度的详细成像的自调制和软管，相干跃迁辐射的调制频率测量在100-300 GHz的频率范围和多个荧光屏的核心和晕测量。将给出这些诊断的概述。
2020-12-18 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Novel diagnostic for precise measurement of the modulation frequency of Seeded Self-Modulation via Coherent Transition Radiation in AWAKE
介绍了在AWAKE实验中利用波导集成外差法诊断相干跃迁辐射（CTR）的装置和实验测量。AWAKE原理验证实验的目标是在长质子束流的等离子体尾场中加速见证电子束流，通过种子自调制（SSM）将其转化为质子微束流的训练。自调制质子束的CTR脉冲预期具有在90-300 GHz范围内的频率和300-700 ps的持续时间。该诊断装置旨在精确测量CTR脉冲的频率和形状，由两个能够同时测量的波导集成接收器组成。它们覆盖了可用等离子体频率的很大一部分：带宽90-140 GHz以及带宽255-270 GHz或170-260 GHz，分别在早期或后期版本的设置中。两个混频器将CTR转换为在快速示波器上测量的5-20 GHz范围内的信号，具有1-3 GHz的高光谱分辨率，由脉冲长度决定。在这方面的贡献，我们将描述的测量原理，实验设置和基准的诊断清醒。
2018-02-13 physics.acc-ph
Understanding time-resolved images of AWAKE proton bunches
本文研究AWAKE实验中条纹相机测得的质子微束列图像与等离子体出口实际束列的差异，通过粒子模拟传播粒子分布并引入诊断孔径与仪器分辨率，发现微束发散或尺寸变化及仪器分辨率会显著影响测量图像的电荷分布与调制深度。
2024-09-27 physics.acc-ph physics.plasm-ph
A Method to Determine the Maximum Radius of Defocused Protons after Self-Modulation in AWAKE
CERN的AWAKE实验旨在用自调制质子驱动束流驱动GV/m等离子体尾场，并将其用于电子加速。在自调制过程中，质子被横向等离子体尾场散焦，并在聚焦的聚束核心周围形成晕。AWAKE中集成的双屏幕设置测量\unit [10]{m}长等离子体下游的横向时间积分质子束团分布，以检测散焦质子。通过测量离焦质子的最大半径，我们试图计算自调制的性质。在这篇文章中，我们开发了一个例程，以确定散焦质子的最大半径，基于标准的轮廓方法。我们比较了从轮廓线获得的最大半径与图像的对数划线，以表明确定的半径识别分布的边缘。
2018-01-30 nucl-ex physics.acc-ph
Upgrade of the Two-Screen Measurement Setup in the AWAKE Experiment
欧洲核子研究中心的AWAKE项目使用自调制\SI{400}{GeV/c}质子聚束来驱动电子密度为$n_{pe} = 7 \times 10^{14}\,\rm{electrons/cm}^3$的\SI{10}{m}长等离子体中的GV/m尾场。我们提出了升级的质子束诊断，间接证明束流自调制成像散焦质子与两个屏幕下游的等离子体的结束。双屏诊断已于2016年秋季安装、调试和测试，并确定了局限性。我们计划安装升级的诊断程序来克服这些限制。
2018-10-03 physics.acc-ph
Study of external electron beam injection into proton driven plasma wakefields for AWAKE Run2
我们描述了一种用于AWAKE实验的外部电子注入方案。我们使用散射在两个箔，这是必要的真空窗口和激光束转储，以减少输入电子束注入和匹配到等离子体尾场驱动的自调制质子束流的电子感应加速器功能。我们发现，对于总铝箔厚度为$\sim 280\, μ$ m，多次库仑散射增加了由一个因素的$\sim 10$的束流发射度和减少了由一个因素的$\sim 3$的电子感应加速器功能。加速器中的等离子体由电离激光脉冲产生，相对于电子束反向传播。这允许电子聚束通过“无限”尖锐的蒸气-等离子体边界进入等离子体，远离箔。
2019-11-27 physics.acc-ph
Proton Driven Plasma Wakefield Acceleration in AWAKE
在这篇文章中，我们简要地总结了在欧洲核子研究中心（CERN）的先进尾场实验，AWAKE，第一次运行期间进行的实验。AWAKE Run 1（2013 - 2018）的最终目标是证明\unit [10-20]{MeV}电子可以在由高度相对论性自调制质子束驱动的等离子体尾场中加速到GeV能量。我们描述了实验，概述了测量的概念和目前的第一个结果。最后，我们概述了我们对未来的计划。
2019-09-06 physics.acc-ph
Measurement of the emittance of accelerated electron bunches at the AWAKE experiment
本研究利用三种数据分析方法测定了 CERN AWAKE 实验中加速电子束的垂直平面横向发射度，验证了基于现有电子谱仪的测量技术，并探讨了发射度增长原因及未来谱仪成像系统的性能要求。
2024-11-13 physics.acc-ph
Seeding of the Self-Modulation in a Long Proton Bunch by Charge Cancellation with a Short Electron Bunch
在等离子体尾场加速器（例如AWAKE）中，质子聚束自调制通过电离蒸气的高功率激光脉冲的电离前沿以及所产生的在所产生的等离子体内部的驱动聚束轮廓的陡峭边缘来播种。在本文中，我们提出了一个不同的自调制播种机制的概念，基于电子注入的二维线性理论计算。整个质子束团通过预形成的等离子体传播，有效束流由质子束中心的短电子束团的外部注入调制。质子束团尾部有效束流的锐边驱动大的尾场，导致种子自调制（SSM）的增长。此外，我们还讨论了在AWAKE Run 2中应用的可行性。
2018-02-12 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Techniques to seed the self-modulation instability of a long proton bunch in plasma
本文介绍AWAKE实验中两种质子束自调制种子注入方法的实验结果，并探讨其对含等离子体密度阶跃的后续实验及未来两段式等离子体实验设计的影响。
2023-04-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
AWAKE readiness for the study of the seeded self-modulation of a 400\,GeV proton bunch
AWAKE是一个质子驱动的等离子体尾场加速实验。本文所述的实验装置可用于研究400，GeV质子束团在10 m长、密度可调范围为1 ~ 10 $\times10^{14}$，cm $^{-3}$的铷等离子体中的种子自调制。%我们表明，用于电离的铷蒸气的短激光脉冲传播的所有方式沿柱，这表明完全电离的蒸气。%我们表明，电离发生沿质子束，在激光的时间和等离子体，随后影响质子束。%
2017-08-03 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Simulation Study of an LWFA-based Electron Injector for AWAKE Run 2
AWAKE实验旨在证明质子驱动等离子体波加速过程中注入电子束质量的保持。考虑到束线可用的空间，正确加载尾场所需的短聚束持续时间对于满足当前电子注入器系统是具有挑战性的。一个LWFA容易提供短时间的电子束与足够的电荷从一个紧凑的设计，并提供了一个可扩展的选择，为未来的电子加速实验在AWAKE。冲击波前注入LWFA的模拟表明，43 TW激光系统将足以产生超过100兆电子伏的能量范围内所需的电荷。LWFA光束通常具有高峰值电流和大的发散退出其原生等离子体，并注入到质子驱动的尾场之前的聚束参数的优化是必需的。紧凑的光束传输的解决方案进行了讨论。
2018-01-31 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Exact 1D Nonlinear Solutions for Proton-Driven Plasma Wakefields
Joule Physics Laboratory, School of Science, Engineering and Environment, University of Salford（索尔福德大学科学与工程环境学院焦耳物理实验室）
研究质子驱动等离子体尾波场，提出准静态近似下的一维非线性流体框架，经双束泵浦-探测配置检验，还缩放框架模拟CERN AWAKE设施参数，模型与实验匹配，为研究微束轮廓提供基础，优化变压器比。
2026-10-21 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.acc-ph
AWAKE, The Advanced Proton Driven Plasma Wakefield Acceleration Experiment at CERN
先进的质子驱动等离子体尾场加速实验（AWAKE）旨在研究质子束团驱动等离子体尾场的产生和电子加速。这是CERN的一个原理验证研发实验，也是世界上第一个质子驱动等离子体尾场加速实验。AWAKE实验将安装在前CNGS设施中，并使用来自SPS的400 GeV/c质子束团。第一个实验将集中在等离子体中的长（均方根~12厘米）质子束的自调制不稳定性。这些实验计划于2016年底进行。之后，在2017/2018年，低能（~15 MeV）电子将被外部注入以采样尾流场，并被加速超过1 GeV。实验的主要目标将被总结。将介绍AWAKE的设计和施工状况。
2015-12-17 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Electron beam characterization with beam loss monitors in AWAKE
我们提出了一种方法来测量横向的大小和位置的电子或质子束，接近注入点等离子体尾场，在其他诊断是不可用的。我们表明，横向尺寸测量与预期的值从束流光学与$< 10\%$的不确定性。我们确认的偏转低能18 MeV的电子束的轨道由地球的磁场。该测量可以用于校正这种效应并设置适当的电子聚束注入参数。欧洲核子研究中心（CERN）的先进尾流场实验（AWAKE）依赖于这些测量来优化电子注入。
2020-03-06 physics.acc-ph physics.ins-det
Focusing of a Long Relativistic Proton Bunch in Underdense Plasma
讨论了长相对论质子束团在欠密等离子体中传输时所经历的聚焦效应。我们表明，与2D准静态模拟的等离子体的存在下的束的响应提供了一个聚焦力的质子。我们讨论了等离子体的有限横向尺寸对过程动力学的影响，并介绍了欧洲核子研究中心AWAKE实验中进行的测量。
2023-02-08 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Preliminary Study for an RF photocathode based electron injector for awake project
质子驱动等离子体尾流场加速（PDPWA）实验是欧洲核子研究中心（CERN）批准的AWAKE计划。PDPWA方案包括一个种子激光器，一个驱动光束，以建立等离子体细胞内的加速尾场;和一个见证光束被加速。驱动束质子将由CERN的超级质子同步加速器（SPS）提供。等离子体电离将由种子激光器和驱动束质子来执行，以产生加速尾场。在建立尾流场后，应将见证束，即来自专用源的电子束注入等离子体室。本实验的主要目的是演示在10 $\,$ m等离子体中将5-15 $\,$ MeV的单聚束电子束加速到1 $\,$ GeV。本文在CERN现有PHIN光电注入器的基础上，探讨了用射频光阴极作为PDPWA方案电子源的可能性。为了提供所需的电子束，对现有的设计，初步的束流动力学模拟的修改，本文提出。
2014-06-05 physics.acc-ph
Particle physics experiments based on the AWAKE acceleration scheme
新的粒子加速方案开辟了令人兴奋的机会，可能提供更紧凑或更高能量的加速器。CERN的AWAKE实验目前正在收集数据，以建立质子驱动等离子体尾场加速的方法。第二阶段的目标是证明大约$10^9$电子的聚束可以被加速到高能量，保持发射率，并且该过程可以随长度而扩展。有了这个，$O$（50 GeV）的电子束可以用于新的固定目标或束流收集实验，以寻找隐藏的扇区，如暗光子。与目前可用的相比，目标上的电子速率可以增加1000倍以上，从而导致对新物理的敏感性相应增加。这样的光束也可以与高功率激光碰撞，从而探测在Schwinger临界场值下完全无法测量的强场区域。最终目标是产生$O$（3 TeV）的电子束并与LHC质子束碰撞。这个非常高能量的电子质子对撞机将探索一个新的制度，其中物质的结构是完全未知的。
2018-10-29 hep-ex physics.acc-ph physics.plasm-ph
Experimental Study of Wakefields Driven by a Self-Modulating Proton Bunch in Plasma
实验研究了等离子体中高度相对论性质子束团自调制时的纵向和横向尾流场。我们发现尾波场的增长和振幅随着种子振幅的增加以及等离子体中的质子束团电荷的增加而增加。我们研究横向尾场使用的最大半径的质子束分布测量屏幕上下游的等离子体。我们通过外部注入电子并测量其最终能量来研究纵向尾场。测量结果与理论和数值模拟预测的趋势一致，验证了我们对自调制发展的理解。实验是在先进尾场实验（AWAKE）的背景下进行的。
2020-07-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Proton beam self-modulation seeded by electron bunch in plasma with density ramp
等离子体中的种子自调制可以将长质子束转换成可以在长距离上激发强尾流场的微束团的训练，但这需要等离子体具有一定的密度分布和短尺度的斜升。对于欧洲核子研究中心AWAKE实验的参数，我们数值研究了如果用短电子束团作为自调制的种子，哪种密度分布是最佳的。利用最佳剖面，可以将尾流场“冻结”在大约一半的破波水平。高能电子束（160 MeV）的种子效率低于低能电子束（18 MeV），因为前者的尾场持续时间比有效播种所需的时间长。
2020-07-15 physics.acc-ph physics.plasm-ph
IOTA Experiment for Proton Pulse Compression at Extreme Space-Charge
Northern Illinois University（北伊利诺伊大学）；Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）
IOTA实验通过优化射频参数和晶格配置，研究极空间电荷条件下质子束的纵向压缩及横向上束流质量的保持。
2025-12-02 hep-ex physics.acc-ph
Seeding self-modulation of a long proton bunch with a short electron bunch
在数值模拟中，我们简要地比较了相对论电离前沿和等离子体中相对论质子束团自调制的电子束团播种。当两种方法的初始尾流场相等时，最大纵向尾流场沿等离子体的演化规律相似。我们还提出了一个可能的播种/注射计划，使用一个单一的等离子体，我们将在即将到来的模拟工作进行研究。
2020-05-09 physics.acc-ph
Study on multi-fold bunch splitting in a high-intensity medium-energy proton synchrotron
束团分裂是在强流同步加速器中改变束团结构、束团数目和束团强度的一种射频操纵方法。实现聚束分裂的有效方式是使用不同谐波RF系统的组合，诸如具有基波和二次谐波RF系统的组合的聚束的双重聚束分裂。两重束团分裂和三重束团分裂方法已得到实验验证，并成功地应用于LHC/PS。本文给出了一种广义多重束分裂方法。研究了利用多谐波射频系统实现五重束团分裂的方法，并将其初步应用于超级质子-质子对撞机（SPPC）注入器链的第三加速器--中间级同步加速器（MSS），以缓解SPPC中单个束团的堆积效应和集体不稳定性。结果表明，五次束团分裂是可行的，分裂后束团布居分布和纵向发射度增长都是可以接受的，总体偏差为几个百分点，总发射率增长小于10%。
2021-02-04 physics.acc-ph
Transverse coherent transition radiation for diagnosis of modulated proton bunches
分析了相对论粒子束团穿过导体表面时产生的横向相干跃迁辐射。当束半径小于辐射波长时，聚束在横向于聚束轴的方向上发射偶极状辐射。辐射波长由粒子束的纵向结构限定。被认为是特定的情况下修改的质子束在等离子体中的传播，但仍然携带未调制的电流。具有恒定电流的半径调制聚束发射轴对称辐射。软管束团在软管平面内发射反对称辐射。对于现有的质子束团，TCTR场幅度可以达到100 kV/m。
2012-05-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Experimental observation of plasma wakefield growth driven by the seeded self-modulation of a proton bunch
本文测量了相对论质子束团在等离子体中驱动的横向尾场效应，等离子体密度分别为$2.1\times10^{14}$和\unit [ $7.7\times10^{14}$ ]{electrons/cm $^3$ }。我们发现，这些尾场周期性散焦质子束本身，一致的种子自调制过程的发展。我们表明，散焦增加沿束和沿等离子体通过使用时间分辨和时间积分测量的质子束横向分布。我们评估了横向尾场振幅，结果表明它们超过了其种子值（\unit [ $<$ 15]{MV/m}），并达到了\unit [300]{MV/m}以上。所有这些结果证实了种子自调制过程的发展，外部注入的低能量和加速的电子多GeV的能级的必要条件。
2018-11-22 physics.acc-ph
Energy and Flavor Discrimination Using Precision Time Structure in On-Axis Neutrino Beams
我们建议使用一个较高频率的RF聚束结构的初级质子束的目标和精确的定时，选择不同的能量和风味光谱从宽带中微子束，中微子的相对到达时间的基础上，相对于RF聚束结构。这种“频闪”方法是对根据相对于束轴的角度选择不同中微子能谱的技术的补充。基于时间的方法允许从同一轴上检测器选择不同的能量谱，并且同样适用于振荡实验中的近端和远端检测器。对飞行中强子产生的中微子进行能量和味道鉴别需要100 ps量级的质子束长度和相应的探测器时间分辨率。中微子事件与父质子相互作用的相关性目前受到撞击在目标上的质子束的纳秒级宽度的限制。我们表明，这些限制可以通过使用超导RF腔重新聚束目前的53.1 MHz的RF聚束结构的RF频率的10倍更高，从而达到所需的较短的聚束长度。
2019-09-02 hep-ex physics.acc-ph
First fully kinetic three-dimensional simulation of the AWAKE baseline scenario
“先进质子驱动等离子体尾场加速实验”（AWAKE）旨在通过质子束驱动尾场加速来加速轻子。它包括广泛的数值研究以及在欧洲核子研究中心实验室的实验。基线方案中的血浆体积约为$62\,\mathrm{cm}^3$。等离子体波长约为$1.25\,\mathrm{mm}$，并且需要使用每个等离子体波长的最少$130$点来充分解析，以便准确地再现物理学。基线方案包括质子束微聚束，并发的非线性尾场增长以及离轴电子束注入，捕获和加速。我们目前的结果，第一个三维模拟的基线方案与完整的模型，使用足够的分辨率。仿真消耗了大约$22\,\mathrm{Mch}$的计算机资源，并扩展到32768个核心，由于大量的适应，改进和优化的仿真代码PSC。通过这种大规模的模拟工作，我们能够验证简化模型模拟的结果，以及确定重要的新效应在电子注入过程中。
2019-05-17 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
Proton beam defocusing in AWAKE: comparison of simulations and measurements
2017年，AWAKE展示了来自CERN超级质子同步加速器（SPS）的400 GeV质子束的种子自调制（SSM）。由于SSM偏转的质子的角分布是一个定量测量的过程，这与模拟的二维（轴对称）粒子在细胞的代码LCODE。在$10^{11}$和$3 \times 10^{11}$粒子、各种等离子体密度梯度（$-20 ÷20\%$）和两种等离子体密度（$2\times 10^{14} \text{cm}^{-3}$和$7 \times 10^{14} \text{cm}^{-3}$）之间的束群实现了一致性。只有在足够宽的模拟箱（至少五个等离子体波长）的情况下，才能达成协议。
2020-08-26 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Experimental demonstration of the short bunch extraction by bunch rotation in a high-intensity rapid cycling proton synchrotron
短束团质子束对于白中子束和μ子束的应用具有重要意义。中国空间中子源（CSNS）的加速器组合体主要用于中子散射技术，其中质子脉冲长度不是很敏感。本文对CSNS快循环同步加速器（RCS）能否通过束团旋转引出短束团质子束进行了理论和实验研究。RCS实验结果清楚地显示了束团的伸长和旋转过程，证明了该方法在射频体操过程和高强度束流情况下的有效性。当束流功率为50 kW，注入时纵向发射度为法向时，获得了束团长度约为正常工作模式下束团长度53%的质子束流，并将其传输到溅射靶上。在注入时纵向发射度减小，束流功率为30 kW的情况下，获得的最短引出束团长度约为正常工作模式下的26%。还测试了不同的机器设置，以显示RF和磁场之间的去磁化的影响、RF电压的非绝热上升时间和绝热衰减时间对提取聚束长度的影响。实验结果与理论和模拟结果吻合较好。有趣的是，观察到空间电荷对聚束延长具有有益的影响，这将导致在提取时的较短聚束以及较晚的聚束旋转。RCS中射频和磁场之间的受控去磁方法也被证明是成功的。
2021-08-20 physics.acc-ph
Longitudinal mode-coupling instabilities of proton bunches in the CERN Super Proton Synchrotron
在本文中，我们研究了在欧洲核子研究中心超级质子同步加速器（SPS）中观察到的单束团不稳定性。根据线性化的Vlasov理论，径向或方位角模式耦合不稳定性是由聚束振荡模式的耦合引起的，所述聚束振荡模式分别属于相同或相邻的方位角模式。我们表明，这两种不稳定机制存在于SPS通过应用Oide-Yokoya方法来计算的SPS的现实纵向阻抗模型的van Kampen模式。结果与宏观粒子模拟和束流测量相一致。特别是，我们看到在最近的阻抗降低活动（2018-2021）之前观察到的单束团的不受控制的纵向发射度爆炸是由于径向模式耦合不稳定性。出乎意料的是，这种不稳定性是一样强的方位角模式耦合不稳定性，这是可能的，在SPS的聚束长度和强度的其他组合。我们还证明了射频非线性和势阱失真在确定这些不稳定阈值的重要作用。最后，我们讨论了最近的阻抗降低运动对单和双射频配置的束流稳定性的影响。
2022-09-30 physics.acc-ph
Seeding of proton bunch self-modulation by an electron bunch in plasma
AWAKE实验依赖于长质子束的自调制不稳定性来有效地驱动尾场并将电子束加速到GeV级能量。在第一次实验运行（2016-2018）期间，通过播种过程使不稳定性具有相位再现性：短激光脉冲在铷蒸汽中的质子束内共同传播。因此，等离子体的快速产生和束团内的束-等离子体相互作用的开始驱动种子尾场。然而，这种播种方法使束的前部不被调制。聚束前部可以在第二个预形成的等离子体中自调制，并驱动尾场，该尾场将干扰由聚束后部（已经自调制）驱动的尾场和加速过程。本文研究了用短电子束团实现长质子束团的种子自调制。短种子束被放置在质子束之前，导致整个束的自调制。数值模拟表明，该方法具有其他的优点相比，电离前沿的方法。我们讨论的电子束参数（电荷，发射度，横向尺寸在焦点，长度）的要求，有效地种子的自调制过程。我们还提出了初步的实验研究的电子束种子尾场的产生。
2021-06-23 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Controlled Growth of the Self-Modulation of a Relativistic Proton Bunch in Plasma
在等离子体中传输的细长相对论带电粒子束团具有自调制不稳定性。我们表明，质子束团的SM可以通过由前一个电子束团驱动的尾场来播种。SM定时再现性和控制处于调制周期的一小部分的水平。通过这种播种方法，我们独立地控制种子尾场的幅度与电子束团的电荷和SM的增长率与质子束团的电荷。播种导致较大的增长的尾流场比在不稳定的情况下。
2022-03-25 physics.acc-ph physics.plasm-ph
First observation of the acceleration of a single bunch by using the induction device in the KEK Proton Synchrotron
在KEK质子同步加速器上，用感应加速方法对单束团进行了加速，注入能量从500 MeV提高到5 GeV。
2004-12-01 physics.acc-ph
Plasma Wakefield Acceleration with a Modulated Proton Bunch
研究了通过调制长质子束团可以获得的等离子体尾波场振幅。我们发现，在长聚束的限制相比，等离子体波长，加速场的强度是成正比的驱动聚束中的粒子数和成反比的横向聚束尺寸的平方。利用现有质子加速器的参数对标度律进行了详细的模拟测试和验证，并实现了大电场，达到1 GV/m的LHC聚束。在这种情况下，发现超过6 TeV的测试电子的能量增益。
2011-05-06 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Acceleration of electrons in the plasma wakefield of a proton bunch
高能粒子加速器在提供对基本粒子和控制它们相互作用的力的更深入理解方面至关重要。为了增加能量或减小加速器的尺寸，需要开发新的加速方案。等离子体尾流场加速是一种很有前途的新型加速技术，其中等离子体中的电子被激发，导致强电场。开创性的实验已经表明，穿过等离子体的强激光脉冲或电子聚束驱动10 s GV/m及以上的电场。这些值远远超出了传统的RF加速器中所实现的那些值，其被限制为~0.1 GV/m。激光脉冲和电子聚束的限制是它们的低存储能量，这促使使用多级以达到非常高的能量。质子束的使用是引人注目的，因为它们有可能在单个加速阶段驱动尾流场并将电子加速到高能量。可以使用目前可用的长质子聚束，因为它们经历自调制，粒子-等离子体相互作用，其将聚束纵向分裂成一系列高密度微聚束，然后共振作用以产生大的尾场。欧洲核子研究中心的AWAKE实验使用强质子束，每个能量为400 GeV，总束能量为19 kJ，在10米长的等离子体中驱动尾流场。电子束被注入到由质子微束形成的尾流场中。本文介绍了电子加速到2 GeV的AWAKE测量。这构成了质子驱动的等离子体尾场加速的第一个演示。该方案在单个加速级中产生非常高能量的电子聚束的潜力意味着这里所示的结果是朝着未来高能粒子加速器的发展迈出的重要一步。
2018-10-11 hep-ex physics.acc-ph physics.plasm-ph
Future colliders based on a modulated proton bunch driven plasma wakefield acceleration
最近的模拟表明，一个自调制的高能质子束团可以激发一个大幅度的等离子体尾场，并通过一个长的等离子体通道，在一个单级加速外注入的电子束团的能量前沿。在此基础上，未来的对撞机，无论是电子-正电子直线对撞机（e+-e-对撞机）或电子-强子对撞机（e-p对撞机）可以设想。在本文中，我们讨论了一些关键的设计问题的e+-e-对撞机和高能e-p对撞机，基于现有的基础设施的欧洲核子研究中心加速器复合体。
2012-05-31 physics.acc-ph
Multi-proton bunch driven hollow plasma wakefield acceleration in the nonlinear regime
质子驱动的等离子体尾场加速已经在模拟中被证明能够在单个阶段中将粒子加速到能量前沿，但其潜力受到目前可用的质子束比等离子体波长长几个数量级的事实的阻碍。幸运的是，质子微聚束允许共振驱动等离子体波。在本文中，我们提出了使用一个中空的等离子体通道多质子束驱动等离子体尾场加速，并证明它使操作在非线性制度和共振激发强等离子体波。这种新的制度还涉及用于加速束的中空通道（诸如发射度保持和均匀加速场）和用于驱动束的稳定减速的长桶的有益特征。在等离子体趋肤深度、驱动器半径、空心通道半径和微聚束周期之间的适当比例下，获得了该区域。
2017-10-10 physics.acc-ph
Feasibility of proton bunch compression in an operational high-power accelerator
本文研究在散裂中子源上实验验证μ子对撞机所需质子束团极端纵向压缩方案的可行性，通过对比运行参数、射频系统能力和束流诊断，并结合初步模拟与实验进行评估。
2025-08-18 physics.acc-ph
Development of the Self-Modulation Instability of a Relativistic Proton Bunch in Plasma
本文实验研究相对论质子束在等离子体中的自调制不稳定性，发现增大束团横向尺寸与等离子体趋肤深度之比会延迟或抑制不稳定性，并讨论了对AWAKE实验升级等加速器设计的影响。
2023-05-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Adiabatic Focusing of a Long Proton Bunch in Plasma
我们在实验中表明，一个长的，相对论质子束集中的等离子体绝热响应。自由等离子体电子迁移以中和聚束的空间电荷场，并且聚束因此被由其自身电流产生的方位角磁场聚焦，该方位角磁场不被径向电场平衡。由于束团的长度远大于等离子体电子的波长，束团也经历自调制不稳定性。因此，尾波场的振幅沿束团和沿等离子体增长，并且自调制的散焦效应可以变得比绝热聚焦效应占主导地位。我们发现，当播种的自调制与前一个电子束，绝热响应的效果和自调制的效果之间的过渡依赖于种子尾场的振幅。
2022-08-25 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Proton Bunch Self-Modulation in Plasma with Density Gradient
实验研究了线性等离子体密度梯度对40 0 GeV质子束团自调制的影响.结果表明，当等离子体厚度为10 μ m时，微束团的数量和微束团的相对电荷随着等离子体厚度的增加而减少.测量的调制频率也在/减小。对于最大的正梯度，我们观察到调制功率谱中的两个频率。结果与线性理论预测的在自调制生长过程中，由于等离子体密度梯度增加到慢尾流场的相速度而引起的尾流场相速度的变化是一致的。
2020-07-31 physics.acc-ph physics.plasm-ph
High-quality positrons from a multi-proton bunch driven hollow plasma wakefield accelerator
利用空心等离子体，多束团质子可以很好地驱动非线性等离子体尾流场，在保持束流质量的情况下将电子加速到能量前沿。然而，正电子的加速是不同的，因为加速结构强烈依赖于电荷。在保持小的归一化发射度和小的能量扩散之间存在差异。这是由于用于为多个质子束提供聚焦的等离子体电子稀释正电子束的冲突造成的。通过加载一个额外的电子束来排斥等离子体电子，同时稍微降低等离子体密度以使加速相位以有利于正电子束的斜率移动，正电子束可以被加速到400 GeV（驱动器能量的40%），能量扩展低至1%，并且很好地保持了归一化发射度。高质量高能正电子的成功产生为未来的前沿轻子对撞机铺平了道路。
2018-09-13 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Mapping charge capture and acceleration in a plasma wakefield of a proton bunch using variable emittance electron beam injection
在AWAKE第一次实验运行的第二阶段（2018年5月至11月）中，使用电子束探测和测试铷等离子体柱中的质子驱动尾场加速。在这项工作中，我们分析了整体的电荷捕获和拍摄到拍摄的再现性质子驱动等离子体尾场加速器与各种电子束注入参数。见证电子束的产生使用的RF枪配备了Cs2Te光阴极照射的可剪裁的超快深紫外（UV）激光脉冲。UV束光学系统的构造使得能够适当的横向束成形和控制其脉冲持续时间、大小和在光阴极上的位置，以及相对于在质子束中播种等离子体尾场的电离激光脉冲的时间延迟。可变光电阴极照明提供了所需的灵活性，以产生具有可变电荷、发射度和注入等离子体柱的轨迹的电子聚束。我们证明了电荷捕获率超过15%（40 pC的GeV加速电荷为385 pC注入电子束）在优化的电子注入条件下。
2022-06-28 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Filamentation of a Relativistic Proton Bunch in Plasma
实验证明长、欠稠密相对论质子束在等离子体中发生斜向不稳定性（丝化），确定阈值条件，并发现磁能随等离子体密度增加。
2023-12-21 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
Broad-band chopper for a CW proton linac at Fermilab
讨论了费米实验室X计划对逐束团斩波器的要求和技术限制。
2012-08-13 physics.acc-ph
The space charge effects on the intra-bunch motion under large chromaticity at the Main Ring in the Japan Proton Accelerator Research Complex
Kyoto University（京都大学）；J-PARC Center, JAEA and KEK（日本原子力研究开发机构和高能加速器研究机构J-PARC中心）
本文针对J-PARC主环在大色品条件下的束团内运动问题，研究空间电荷效应对粒子横向运动退相干与再相干的影响，发现其通过色品显著改变再相干周期，但不影响束团最大频率与色品的关系，并通过粒子跟踪模拟和模式激发分析加以验证。
2025-10-21 physics.acc-ph
Development of self-modulation as a function of plasma length
通过数值模拟，研究发现质子束自调制不稳定性产生的束晕半径可用来估计饱和长度，且测量晕半径随等离子体长度的变化能有效预测该长度。
2024-12-17 physics.acc-ph physics.plasm-ph
