Analysis of longitudinal bunching inan FEL driven two-beam accelerator
最近的实验[1]探索了使用自由电子激光（FEL）作为微波双束加速器的聚束器，以及随后的驻波射频输出腔的驱动。在这里，我们提出了一个更深入的分析的电子束团的纵向动力学，因为它们是从自由电子激光的末端，并通过输出腔传输。特别是，我们研究的效果的传输区域和腔孔过滤光束的聚束部分。[1]T. Lefevre，et.例如，物理修订信函84（2000），1188。
2000-08-17 physics.acc-ph
Single bunch transverse instability in a circular accelerator with chromaticity and space charge
本文阐述了圆加速器中束团的横向不稳定性。提出并发展了一种新的三模模型来描述束团中最不稳定的模式。这个简单而灵活的模型包含了色品和空间电荷，并且可以用于任何束团和尾流形式。得到了三阶代数方程形式的本征色散方程。已知的头-尾和TMCI模式出现的极限情况下，明显地限制在零色度。结果表明，不稳定性参数对束流模型的依赖性很小，但对尾流形状很敏感。特别是，空间电荷效应的文件进行了研究，它表明，它们的影响取决于符号的尾流场增强聚束稳定性，如果尾流是负的。详细地考虑了阻性壁尾流，包括单个效应和集体效应的比较。与早期出版物的结果进行了比较。
2015-09-16 physics.acc-ph
Velocity bunching in travelling wave accelerator with low acceleration gradient
给出了速度聚束过程中加速度梯度影响的分析和模拟结果，速度聚束过程是一种使用行波加速结构作为压缩器的聚束压缩方案。研究表明，采用低加速梯度的束团压缩方法，能更好地抑制相位抖动，更容易获得纵向分布对称、能散小的压缩电子束。提出了一种横向发射度补偿方案来补偿压缩过程中空间电荷力的增加所引起的发射度增长，该方案易于根据不同的压缩因子进行调整。
2013-06-05 physics.acc-ph
Intrinsic energy spread and bunch length growth in plasma-based accelerators due to betatron motion
基于等离子体的加速器已经证明可以在厘米尺度上产生GeV电子束，为新一代高度紧凑和具有成本效益的粒子加速器提供了一条道路。然而，实现所需的光束质量，特别是对于诸如自由电子激光的应用的能量扩展，仍然是一个挑战。在这里，我们调查的基本来源的能量扩散和聚束长度的PBAs所产生的电子感应加速器运动的束电子。我们提出了一个分析理论，验证粒子在细胞模拟，准确地描述了这些现象。对光束质量的显着影响，预测某些配置，解释以前观察到的限制，可实现的聚束长度和能量扩散。减轻这些贡献对高质量的光束的准则推导。
2019-12-20 physics.acc-ph
Control of Characteristics of Self-injected and Accelerated Electron Bunch in Plasma by Laser Pulse Shaping on Radius, Intensity and Shape
在利用等离子体尾场加速自注入电子束团时，重要的是要形成小能量扩展和小尺寸的束团。结果表明，激光脉冲在半径、强度和形状上的整形控制了自注入电子束团的特性，在一定的整形条件下，可使自注入和加速电子束团具有较小的能量扩展和较小的尺寸。
2020-09-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Experiment and simulations of sub-ps electron bunch train generation at Fermilab photoinjectors
最近，在费米实验室A0光电注入器上，利用横向-纵向相空间交换光束线，实验上实现了亚皮秒时间结构的电子束团串的产生。束团训练的时间分布可以很容易地调节，以满足现代加速器束流应用的要求。在本文中，我们报告的A0束流列车实验，并探讨了这种技术的可能扩展到更短的时间尺度在费米实验室SRF加速器测试设施，超导线性电子加速器目前正在建设中的NML大楼。
2012-01-27 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
High-charge relativistic electron bunches from a kHz laser-plasma accelerator
我们报告了在几毫焦耳的近单周期激光脉冲在千赫重复率的共振气泡制度的电子尾场加速。使用非常紧密的激光脉冲与微尺度超音速气体射流的聚焦，我们证明了一个稳定的相对论性电子源，每脉冲高达24 pC/射击的高电荷。相应的平均电流为24 nA，使该千赫兹电子源适用于各种应用。
2017-11-17 physics.acc-ph
Effect of transition radiation and dispersion spreading at achievement of a large transformer ratio of driver-bunch energy into wakefield in a dielectric resonator accelerator
本文讨论了在双注正负电子介质谐振腔对撞机中，束团注入时的轮廓序列情况下，增大Transformer比TR的可能性。与前面考虑的波导情况不同，在波导情况下，TR等于对总尾波场有贡献的序列束的加倍数量，并且受到群速度效应的限制，在谐振器中不存在这种限制。对于TR谐振腔的推导，与聚束数成比例，以及在波导中，聚束电荷的比率被选择为等于1：3：5：......，束团长度等于波长的一半，束团间距是波长的倍数。通过数值模拟研究了渡越辐射和色散扩展对Transformer比的影响。
2019-12-27 physics.acc-ph
Pulse-to-pulse Orbit Jitter Propagation in Multi-bunch Operation at the KEK Accelerator Test Facility 2 (ATF2)
脉冲到脉冲轨道抖动，如果不加以控制，可能会大大降低未来线性对撞机的亮度。在KEK加速器测试设施的ATF 2项目的第二个目标是将垂直束流位置稳定在虚拟相互作用点（IP）处的标称rms垂直束流尺寸的约5%。这将需要在ATF 2最终聚焦系统的入口处将轨道控制在1微米以下。在本报告中，模拟研究了通过ATF 2引出线和最终聚焦系统的垂直抖动传播，并在IP处对抖动进行了评估。在这些研究中，脉冲到脉冲的垂直抖动测量使用三个带状线光束位置监测器被用作初始输入。这些研究是针对具有三个聚束的聚束串的情况进行的，但是可以容易地扩展到更大数量的聚束。比较了ATF2牵引线有无车内轨道反馈修正的情况。
2011-10-24 physics.acc-ph
Ballistic Bunching of Photo-Injected Electron Bunches with Dielectric-Lined Waveguide
我们描述了一种简单的技术，被动聚束非超相对论（$\lesssim 10$ ~MeV）电子聚束在传统的光注入器。该方案采用位于电子源下游的介质内衬波导施加能量调制的皮秒聚束。然后，通过弹道聚束将能量调制转换为密度调制。所示的方法，以支持产生亚皮秒束训练与多kA的峰值电流。这种相对简单的技术有望在紧凑的、基于加速器的光源和先进的光束驱动加速器方法中得到应用。
2014-07-03 physics.acc-ph
Exact and fast solution of ultrarelativistic multibunch instabilities in a constant gradient accelerator
在粒子加速器中，带电粒子束团所激发的电磁尾场会引起束团纵向和横向运动的不稳定性，从而导致束流损失。在加速器设计中，需要仔细分析这些多聚束效应，以确保带电粒子束的稳定性。本文提出了一种描述超相对论电子束团多束团横向不稳定性的解析方法，这些电子束团的能量通过感兴趣的加速段线性变化。这种分析方法的快速算法实现的一般情况下，以及特定的情况下，这种方法是证明了一个例子。该工具也可用于研究单束团分裂。
2021-04-15 physics.acc-ph
Initial observations of micropulse elongation of electron beams in a SCRF accelerator
在费米实验室加速器科学与技术（FAST）设施的SCRF加速器的调试包括安装一个多功能束团长度监测器，该监测器位于4偶极回旋束团压缩器之后，用于20-50 MeV的电子束能量和超过10 nC的积分电荷。该团队最初使用Hamamatsu C5680同步扫描条纹相机来评估空间电荷对电子束束团长度的影响。Al涂覆的Si屏用于产生由光束与屏的相互作用产生的光学跃迁辐射（OTR）。弯道旁路光束线允许使用OTR和条纹相机在下游光束线位置测量聚束长度，而无需压缩级。我们已经观察到电子束聚束长度从5到16 ps（西格玛）的微脉冲电荷为60 pC至800 pC，分别。我们还报告了一个压缩的亚ps微脉冲的情况下。
2017-12-27 physics.acc-ph
Scaling Law of Beam Break-Up for the Single Ultrashort Bunch in RF Linac
飞秒束流是目前国际加速器研究的热点。高峰值电流束团会导致束流分裂现象。本文提出并得到了射频直线加速器中单个超短聚束分裂随电流的标度律。对几何尾迹、表面粗糙度尾迹和阻力尾迹的标度功率因子分别粗略估计为1/6、1/6和1/3。
2010-12-08 physics.acc-ph
Beam-Beam Interaction in a Dielectric Laser Accelerator Electron-Positron Collider
通过数值计算研究了在1 TeV的介质激光加速器（DLA）对撞机中光学间隔电子/正电子微聚束的对向传播序列的碰撞。在经典极限下，推导了任意束团数的时间相关的包络方程，其中包括辐射反作用力（RRF）。示例参数检查的基础上，考虑到最佳效率，材料损伤限制，和功率约束的聚束电荷的约束光度关系。我们发现，对于初始相同的反向传播高斯聚束列车的周期性的时间结构导致亮度与聚束的数量的峰值。对于较长的聚束串，增强则与聚束的数量成反比地减小。相应的能量损失分数为1.75%，当考虑横向力的非线性径向依赖性时，能量损失分数减小到0.35%，平均束流辐射参数为0.075，考虑到束流辐射损失是未来TeV对撞机的关键问题，这是一个重要的结果。
2021-09-29 physics.acc-ph
Beam dynamics performances and applications of a low-energy electron-beam magnetic bunch compressor
电子直线加速器的许多前端应用依赖于临时压缩聚束的产生。电子束团的缩短通常是通过位于加速器高能部分的磁束团压缩器来实现的。磁压缩受到集体效应的影响，包括空间电荷和通过相干同步辐射的自相互作用。在本文中，我们探讨了应用磁压缩低能量（$\sim 40$ MeV），高电荷（nC）电子束团与低归一化横向发射率（$< 5$ $μ$ m）。
2013-02-04 physics.acc-ph
Acceleration and Focusing Electron/Positron Bunches in Plasma-Dielectric Wakefield Accelerator
针对介质尾场加速器的BBU不稳定性问题，提出带真空通道的等离子体填充方案，通过解析与数值模拟验证了体等离子体本征波对束团横向运动的稳定作用及结构的加速性能。
2024-10-31 physics.acc-ph
Longitudinal Losses Due to Breathing Mode Excitation in Radiofrequency Linear Accelerators
粒子束中的横向呼吸模式振荡可以将能量耦合到有限长度束团中的纵向振荡中，并导致显著的损失。我们开发了一个模型，说明了这种效果，并探讨了失配的大小，空间电荷调谐抑郁症，纵向聚焦强度，聚束长度和RF桶长度的依赖。
2010-11-19 physics.acc-ph
"Beam `a la carte": laser heater shaping for attosecond pulses in a multiplexed x-ray free-electron laser
本文提出利用激光加热器对电子束团进行选择性整形，在不影响其他束团的情况下生成阿秒X射线脉冲，并实现向多个波荡器光束线按需输送定制脉冲。
2024-04-02 physics.acc-ph
Acceleration rate enhancement by negative plasma density gradient in multi-bunch driven plasma wakefield accelerator
本文提出在多束驱动的等离子体尾场加速器中引入负等离子体密度梯度，通过仅调节驱动束与波的相对相位并保持波相位稳定，从而在有限长度内提升被加速束的能量增益。
2024-11-14 physics.acc-ph physics.plasm-ph
On Compensating Tune Spread Induced by Space Charge in Bunched Beams
空间电荷效应在现代加速器中起着重要作用。这些效应经常限制加速器或加速器链中可获得的束流参数。它们也可以限制强子对撞机在低能量或亚TeV高亮度强子束下运行的亮度。人们提出了一些补偿惯性（如连续）强子束中空间电荷效应的方案，其中一些方案已经过检验。但是这些方法都没有解决束团强子束的调谐扩展补偿问题，例如束团内部的纵向位置对调谐偏移的依赖性。在本文中，我们提出并评估了一种新的想法，使用一个共同传播的电子束团与失配的纵向速度来补偿空间电荷引起的调谐偏移和调谐扩展。我们提出了这种系统的一些实际例子。
2014-05-09 physics.acc-ph
Acceleration and focusing of positron bunch in a dielectric waveguide accelerator with homogeneous plasma in transport channel
本文给出了等离子体介质尾场加速器中正电子束团聚焦的数值PIC模拟结果。尾场由驱动电子聚束在石英介质管中激发，并嵌入圆柱形金属波导中。介质管的内部区域已经填充有径向均匀的等离子体，在一般情况下具有沿波导轴的真空通道。数值模拟结果表明，在尾流场中，正电子束团的加速和聚焦是可能的。研究了正电子束团的输运和加速与真空通道尺寸和波导长度的关系。
2021-12-11 physics.acc-ph physics.plasm-ph
On "Efficiency versus Instability in plasma accelerators"
最近Lebedev等人的一篇论文指出，在等离子体尾场加速器中，由于见证聚束的BBU不稳定性，从驱动聚束到见证聚束的能量转移效率是有限的。有人指出，效率与不稳定性之间的关系是普遍的，因此应被视为一个基本限度。在本文中，我们表明，最近的结果表明，这种关系应该修改和Lebedev等人的论文的结论应该重新考虑的短程尾流场。特别是，我们认为，效率的不稳定性关系只产生效率的下限，因此不产生一个根本的限制。
2020-10-02 physics.acc-ph
Measurement of transverse wakefields induced by a misaligned positron bunch in a hollow channel plasma accelerator
空心通道等离子体尾场加速是一种为电子和正电子提供高加速梯度的方法：这是未来轻子对撞机的关键。然而，从通道轴错位的光束诱导强的横向尾场，偏转光束，降低对撞机的亮度。这种不期望的结果对传播通过通道的光束的对准精度设置了严格的约束。因此，直接测量束流失调引起的横向尾流场是设计缓解策略的必要条件。我们提出的第一个定量测量的横向尾场在一个中空的等离子体通道，诱导离轴20 GeV的正电子束，并与另一个20 GeV的低电荷拖尾正电子探测束测量。测量结果与理论基本一致。
2018-02-25 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
The Dielectric Wakefield Resonator Accelerator
我们报告的三通道，矩形，高梯度介质尾场加速器元件，这与共线圆柱形介质尾场设备，不遭受低Transformer比，并可能提供救济从光束分裂不稳定性的初步研究。当配置为谐振器（DWR）时，它可以由一系列适度电荷驱动聚束驱动。这种矩形“锁模”谐振器由三个通道组成，内衬低损耗的介质板：中央较宽的通道是驱动聚束通道，而两个相邻的窄通道用于加速电子和/或正电子聚束;这提供了一个有利的Transformer比。在从谐振器出口反射后，尾波场返回到谐振器入口的时刻，下一个聚束被注入谐振器入口。谐振器的长度也被选择为所需尾波场波长的一半的倍数。矩形几何形状允许谐振器中的尾波场的谐波的叠加。该装置的短长度及其平面配置应允许对射束分裂的管理，并且可以通过使用以$90^{\circ}$增量围绕$z$轴旋转的一系列DWR单元来动态地稳定长的驱动聚束训练。
2017-08-15 physics.acc-ph
Downramp-assisted underdense photocathode electron bunch generation in plasma wakefield accelerators
结果表明，高质量的电子聚束的产生和捕获的要求，从欠密度光阴极在等离子体尾场加速器可以大大放宽通过本地化它的等离子体密度下降。这降低了加速电场的相速度，直到所产生的电子同相，从而允许在浅俘获电势中俘获。因此，低密度光阴极技术可应用于更多数量的加速器设施。此外，有效地抑制了暗电流的产生。
2014-12-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
A sub-micron resolution, bunch-by-bunch beam trajectory feedback system and its application to reducing wakefield effects in single-pass beamlines
在日本高能加速器研究机构加速器试验装置的ATF 2束线上，研制了一种高精度束团内训练束流轨道反馈校正系统。该系统使用在两个束流位置监测器（BPM）测量的束团的垂直位置来计算一对反冲，这对反冲使用两个上游反冲器施加到下一个束团，从而校正垂直位置和轨迹角。使用在时间上间隔187.6ns的两个电子聚束的串，系统被优化，以便将反馈BPM处的束偏移稳定到优于350 nm，产生250 nrad内的局部轨迹角校正。校正的质量进行了验证，使用三个下游见证BPM和结果被发现是在一个线性晶格模型的预测，用于传播的光束轨迹从反馈区域。这个相同的模型预测校正后的光束抖动为c。在加速器的焦点处的1~nm。在该位置处使用射束尺寸监测器进行的测量表明，将射束的轨迹抖动减小4倍也将作为射束电荷的函数的所测量的射束尺寸的增加减小c倍。1.6.
2020-11-03 physics.acc-ph
High brightness, symmetric electron bunch generation in a plasma wakefield accelerator via a radially-polarized plasma photocathode
本文扩展等离子体光阴极方案，采用径向极化激光产生高电荷、高亮度且发射度对称的电子束，并通过贝叶斯优化评估性能，发现其在最优加载下优于线极化方案。
2025-05-16 physics.acc-ph physics.plasm-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
Self-correcting longitudinal phase space in a multistage plasma accelerator
由强激光或粒子束驱动的等离子体加速器提供了千兆伏/米的加速场，有望大幅缩小粒子加速器，用于高能物理和光子科学。线性对撞机和自由电子激光（FEL）等应用需要高能量和能量效率，但也需要高稳定性和光束质量。后者包括低能量扩散，这可以通过使用纵向形状的聚束对等离子体尾场进行精确的束加载来实现，从而产生有效和均匀的加速。然而，等离子体波长将非常大的加速场区域的尺度设置为100 μm或更小，要求聚束以极高的时间精度同步和成形，通常在飞秒尺度上。这里，引入了自校正机制，大大降低了对抖动的敏感性。使用多个加速级，每个加速级之间都有一个小的聚束压缩，几乎任何初始聚束，无论电流分布或注入相位如何，都将自校正为使尾流场变小的电流分布，从而抑制相对能量扩展和任何能量偏移。因此，分级不仅可以用于达到高能量，而且还可以产生各种应用所需的精致光束质量和稳定性。
2021-04-29 physics.acc-ph
Measurement and modeling of electron-cloud-induced betatron tune shifts at the Cornell Electron-positron Storage Ring test accelerator
我们报告了在康奈尔正负电子储存环上对2.1和5.3 GeV的正电子束团串的电子云诱导的电子感应加速器调谐位移的广泛测量，这些正电子束团的数量范围在0.64 × 10^10 ~ 9.6 × 10^10之间。使用一个见证聚束与可变距离的训练和变量聚束人口的末端提供云衰减和云捏聚过程中的聚束通道的信息。我们采用蒙特卡罗模拟的反射和吸收的同步辐射光子，以确定周围的存储环的圆周吸收网站的模式。Geant 4模拟工具包用于模拟光子与束管壁的相互作用，并确定种子电子云的光电子的产生能量和位置分布。一个电子云建立模型的基础上拟合环平均的二次产额性质的真空室预测与测量的调谐位移。
2019-08-05 physics.acc-ph
Numerical Analysis of Space Charge Effects in Electron Bunches at Laser-Driven Plasma Accelerators
激光驱动等离子体加速器（LPA）已经成功地产生了高能量，高电荷的电子束，可以达到许多kA的峰值电流，在短距离内。空间电荷的问题，即使在传输线一样简单的漂移部分，必须仔细考虑，因为它们可以降低光束质量，防止任何进一步的应用程序，这样的电子束。我们用数值模拟的方法分析了电子束团中的空间电荷效应，以评估它们对电子束的影响。我们使用LPA光束参数发表在以前的实验研究。这些研究可以给出一个指示的工作点，空间电荷可以占主导地位的束流动力学，并已考虑到在这种光束的应用。
2010-11-23 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
Parametric mapping of the efficiency$\unicode{x2013}$instability relation in plasma-wakefield accelerators
本文通过粒子网格模拟，参数化研究了等离子体尾场加速器中效率与束流不稳定性之间的关系，发现该关系为不稳定性强度的下限，并探讨了降低振荡幅度的方法。
2025-05-26 physics.acc-ph
Colliding Pulse Injection of Polarized Electron Bunches in a Laser-Plasma Accelerator
针对现有激光等离子体加速器极化电子束产生方案的固有局限，提出对撞脉冲注入技术，结合贝叶斯优化参数，可利用100-TW级激光获得高电流、高极化度且品质优异的电子束团。
2023-10-04 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Generation and measurement of sub-picosecond electron bunch in photocathode rf gun
我们考虑了一个在光阴极射频电子枪中产生亚皮秒电子束团的方案，通过改善电子枪中的加速梯度，适当地调节束团电荷、激光光斑尺寸和加速相位，并通过激光整形来减小横向发射度的增长。还报道了一种非破坏性的测量电子束长度的技术，通过测量尾场辐射的高频谱，所述尾场辐射是由相对论电子束通过由电介质包围的通道引起的。
2013-05-21 physics.acc-ph
A final focus system for injection into a laser plasma accelerator at the ARES linac
ARES（加速器研究实验在SINBAD）是一个直线加速器在SINBAD（短创新束和加速器在DESY）设施在DESY。ARES的设计是将传统的基于RF的加速器技术的可再生光束与新颖但仍处于实验阶段的加速技术相结合。它的目标是在100-150 MeV的光束能量下产生亚fs到几fs范围内的高亮度超短电子束团，适合注入到新型加速实验中，如介质激光加速（DLA）和激光驱动等离子体加速（LPA）。本文报道了用于注入ARES LPA实验的最终聚焦系统的概念设计和模拟，包括永磁四极杆（PMQ）、足够的共线激光和电子输运纵向空间、所需诊断空间和LPA装置。空间电荷效应起着重要的作用，并包括在内。对ARES电子聚束在激光驱动等离子体中的聚焦和输运进行了模拟。几个错误的影响进行了模拟，并报告。
2021-02-17 physics.acc-ph
Electron cloud in the CERN accelerators (PS, SPS, LHC)
有几个指标指出，在欧洲核子研究中心的一些加速器中，当与密集的聚束操作时，存在电子云（EC）。特别是，在为大型强子对撞机（LHC）准备光束的最后阶段，在质子同步加速器（PS）以及超级质子同步加速器（SPS）上观察到用于光束检测、压力上升和光束不稳定性的拾取器上的虚假信号。自从LHC在2009年开始运行以来，典型的电子云现象也出现在这台机器中，当运行紧密堆积的束流（即间距小于150 ns）时。除了上述指标之外，在该机器中还可以看到其他典型的特征（由于其操作模式和/或更精确的检测可能性），如冷偶极子中的热负荷、束团相关发射度增长和存储中的退化寿命以及逐束团稳定相移，以补偿由于电子云引起的能量损失。本文将概述欧洲核子研究中心不同机器（PS，SPS，LHC）中的电子云状态，特别强调未来使用更强束流的危险以及减轻或抑制这种影响的必要对策。
2013-09-26 physics.acc-ph
Temporal evolution of longitudinal bunch profile in a laser wakefield accelerator
由于其超短的持续时间和峰值电流在kA范围内，激光尾场加速电子束团是有前途的驱动器，用于超快X射线产生的紧凑型自由电子激光器（FEL），汤姆逊散射或电子感应加速器源。在这里，我们提出了第一个单次拍摄，高分辨率的测量的纵向聚束轮廓，而无需事先假设的聚束形状。我们的方法允许复杂的功能，如多束结构，被检测。改变气体目标的长度，从而改变加速长度，使得能够评估加速过程期间的聚束轮廓演变。我们发现一个最小的聚束持续时间为4.2 fs（半高全宽），拍摄到拍摄的波动为11%均方根。我们的研究结果表明，激光能量耗尽后，从激光驱动的粒子驱动的尾场发生的过渡，与二次聚束的注入。由此产生的双聚束结构可能作为一个优雅的方法，驾驶员见证型实验，即允许一个非失相限制加速的二次聚束在等离子体加力阶段。
2014-06-25 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Full PIC simulation of a first ACHIP experiment @ SINBAD
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。这对于发展更紧凑的粒子加速器技术是必要的。由戈登和贝蒂摩尔基金会资助的CHip国际计划加速器（ACHIP）正在研究此类设备。DESY汉堡是合作的一部分。专用加速器研究设施SINBAD特别适合于相对论电子能量的DLA实验。目前正在SINBAD建造的ARES直线加速器预计将产生高质量的光束和短束团长度。该实验的目的是从ARES直线加速器向DLA注入短电子束团。在这项研究中，该设施的第一个可能的实验之一的结果估计通过粒子在细胞（PIC）和跟踪模拟的组合。ASTRA用于模拟ARES直线加速器在合适的工作点产生的电子聚束。该装置的电介质部分将使用CST Particle Studio的PIC代码进行模拟，并将从ASTRA模拟中检索到的聚束结合起来。电子聚束的能谱的计算，将从一个光谱仪偶极子测量与激光场和没有。
2018-02-08 physics.acc-ph
Radial equilibrium of relativistic particle bunches in plasma wakefield accelerators
在等离子体尾场加速器的线性或弱非线性区域中，驱动粒子束很快与尾场达到径向平衡，这是第一次详细描述。结合解析关系、数值积分和第一性原理模拟，得到了平衡束流状态和自洽尾流场。在平衡态中，束流密度在轴附近强烈地达到峰值，束流半径沿着束流是恒定的，并且聚焦强度的纵向变化通过改变束流发射度来平衡。束粒子的横向动量分布依赖于观测半径，既不是可分的，也不是高斯分布。
2016-11-03 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Efficient Acceleration of High-Quality GeV-Electron Bunches in a Hybrid Laser- and Beam-Driven Plasma Wakefield Accelerator
Ludwig–Maximilians–Universität München（慕尼黑路德维希-马克西米利安大学）；Heinrich Heine Universität Düsseldorf（杜塞尔多夫海因里希·海涅大学）；Laboratoire d’Optique Appliquée (LOA), CNRS, École polytechnique, ENSTA, Institut Polytechnique de Paris（巴黎理工学院应用光学实验室（LOA），法国国家科学研究中心，巴黎综合理工学院）；Max Planck Institut für Quantenoptik（马克斯·普朗克量子光学研究所）；University of Strathclyde（思克莱德大学）；Helmholtz-Zentrum Dresden–Rossendorf（德累斯顿-罗斯多夫亥姆霍兹中心）
该研究通过混合激光与束驱动等离子体wakefield加速器，实现了高效率的能量传输，显著提升了驱动束到见证束的能量转换效率。
2026-02-27 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Adaptive Machine Learning for Time-Varying Systems: Towards 6D Phase Space Diagnostics of Short Intense Charged Particle Beams
随着带电粒子束团变得更短和更强，非线性束团内集体相互作用的影响，如空间电荷力和束团到束团的影响，如尾场和相干同步辐射也增加。更短、更强的聚束也更难以准确成像，因为它们的尺寸超出了现有诊断的分辨率，并且它们可能对拦截诊断具有破坏性。对于强高能束流的详细诊断的有限可用性是加速器社区的一个根本挑战，因为束流和加速器都是以不可预测的方式变化的时变系统。从源出射的光束的详细6D（x，y，z，px，py，pz）分布由于诸如演变的光阴极激光强度分布和光阴极的量子效率的因素而随时间变化。加速器磁体、射频放大器和控制系统会受到外部干扰、束流加载效应、温度变化和未对准的干扰。虽然机器学习（ML）方法近年来在加速器社区中越来越受欢迎，但当涉及到时变系统时，它们从根本上受到限制，对于这些系统，目前的大多数方法只是简单地收集大型新数据集并进行重新训练，这对于繁忙的加速器用户设施来说是不可行的，因为详细的束测量通常会中断操作。需要为时变系统设计的新的自适应机器学习（AML）方法，通过将深度学习工具（例如基于卷积神经网络的编码器-解码器架构、模型独立反馈、物理约束和在线模型）与实时非侵入性光束数据相结合，来帮助诊断和控制高强度超短光束，以提供强束团动态的详细虚拟视图。
2022-03-22 physics.acc-ph
Resonant excitation of very high gradient plasma wakefield accelerators by optical-period bunch trains
使用周期性电子束聚束训练共振激发准非线性（QNL）区域中的等离子体尾流场与使用单个较高电荷聚束相比具有明显的优势。QNL机制中的共振激发可以使用每脉冲具有小电荷的非常低发射率的光束产生等离子体电子井喷：局部密度扰动是极其非线性的，实现总稀疏，但等离子体电子在等离子体频率下的共振响应被保留。这样的脉冲训练，具有等于等离子体周期的束团间距，可以通过反向自由电子激光聚束产生。为了实现与几微米的激光波长的共振，使用高等离子体密度，伴随着获得极大的尾场振幅的可能性，对于FACET-II参数接近1 TV/m。在这篇文章中，我们使用粒子模拟研究等离子体响应，光束调制的演变，以及遇到的不稳定性，出现时，使用聚束方案共振激发波在稠密的等离子体。
2020-03-19 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Longitudinal jitter analysis of linear accelerator electron gun
对北京正负电子对撞机（BEPCII）直线加速器电子枪的纵向定时抖动进行了测量和分析。利用PARMELA软件模拟了电子枪的纵向抖动效应，包括束流剖面、平均能量、能散、参考粒子的纵向相位和XY发射度等。计算出光束参数的最大百分比差异分别为：100%，13.27%，42.24%，7.79%和65.01%，86.81%，由于聚束效率降低到54%。模拟结果与测试结果基本一致，有助于通过调整聚束过程中电子枪的触发时机来优化束流参数。
2015-09-28 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
Noninvasive cavity-based charge diagnostic for plasma accelerators
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器）；Universität Hamburg（汉堡大学）
本文提出了一种非侵入式腔体基于的电荷诊断方法，用于测量等离子体加速器中的电子束电荷，展示了其高灵敏度和抗电磁脉冲能力。
2024-03-11 physics.acc-ph
Tailored electron bunches with smooth current profiles for enhanced transformer ratios in beam-driven acceleration
用于带电粒子加速的共线高梯度${\cal O} (GV/m)$束驱动尾场方法对于实现紧凑、成本有效的加速器是至关重要的，例如，支持TeV级轻子对撞机或多用户自由电子激光设施。为了使这些选择可行，高加速场需要用大的Transformer比$>2$来补充，该大的变压器比是表征尾流场激发的“驱动”束与加速的“见证”束之间的能量传递效率的参数。虽然已经讨论了几种潜在的电流分布，但由于其通常不连续的性质，它们的实际实现似乎具有挑战性。在本文中，我们提出了几个替代的电流分布，这是顺利的，也导致增强的Transformer比。我们特别探索了一种激光整形方法，能够直接从光注入器中产生一种建议的分布，并讨论了一种可能驱动电介质加速器的直线加速器概念。
2015-05-22 physics.acc-ph
Generalized threshold of longitudinal multi-bunch instability in synchrotrons
针对纵向耦合束团不稳定性与单束团朗道阻尼损失，提出数值求解稳定性问题的新方法并推导解析阈值，发现LLD会降低CBI阈值，解释了CERN SPS观测结果并适用于未来加速器设计。
2023-09-12 physics.acc-ph
White Paper: AWAKE, Plasma Wakefield Acceleration of Electron Bunches for Near and Long Term Particle Physics Applications
基于等离子体的加速器在过去二十年中取得了显著的进展。它们独特的特性使它们成为可以彻底改变科学和应用领域的工具。AWAKE利用高能量相对论质子束的可用性，在足以产生数百GeV至TeV电子束的距离上驱动单个等离子体中的大振幅尾场（$\sim$ GV/m）。
2022-03-18 physics.acc-ph
Ultra-bright Coherent Undulator Radiation Driven by Dielectric Laser Accelerator
介质激光加速器，工作在光学频率和GHz的脉冲速率，预计产生阿秒电子束团与一个中等的束流在高能量。对于相对论电子，阿秒束团的空间长度为几纳米，非常适合在真空紫外、极紫外和X射线光谱中产生高亮度的超辐射。研究表明，在0.1 ~ 3 keV光子能量范围内，即使介质激光加速器的束流功率比同步加速器的束流功率低100万倍左右，由束流电荷数为1~10 fC的短束流驱动的相干波荡器辐射的亮度也与同步加速器相当或更高。当比较下的亮度被归一化为电子束功率时，所提出的相干波荡器辐射源成为地球上跨越整个VUV、EUV和软X射线光谱的最亮的源。
2022-08-08 physics.acc-ph physics.optics
An analytical backtracking method for electron beam longitudinal phase space shaping
高亮度、高相对论性电子束的许多应用对纵向相空间质量有严格的要求。为了满足这些要求，加速器系统通常利用色散元件来操纵在加速期间或经由集体效应获得的相关能量扩散。这些系统中的许多自由变量使得找到最佳配置变得困难。我们在这里提出了一种分析方法，用于跟踪所需的最终纵向相空间向后通过加速器部分组成的一个加速或漂移部分，然后由色散部分，包括相关的集体效应的分析模型。这种回溯方法可以作为加速器系统纵向相空间动力学优化和研究的一种快速、准确的工具。在这里，我们认为LCLS-II加速器作为一个例子的情况下，使用这种方法来找到一个加速器的配置和纵向相空间在注入器出口，导致峰值电流的显着增加，同时保持在加速器出口处的窄能量扩散。通过与Elegant仿真结果的比较，验证了该方法的有效性，结果吻合良好。
2022-08-08 physics.acc-ph
Development of an achromatic spectrometer for a laser-wakefield-accelerator experiment
University of Oslo（奥斯陆大学）；Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑大学）
本文提出了一种色散谱仪的设计，用于诊断和优化等离子体相互作用，通过非线性等离子体透镜实现高发散和能量分散电子束的高分辨率分析。
2025-05-16 physics.acc-ph
