Power Converters and Power Quality
本文讨论了电力变换器的电能质量问题。第一部分概述了粒子加速器电网中的大多数常见干扰和电能质量问题，并解释了它们对加速器运行的影响。分析了非对称网络扰动向网络中的传播。给出了典型电网中网络干扰的定量参数，并提出了用户电气设备的抗扰度等级。本文的第二部分讨论了粒子加速器网络中用于改善电能质量的技术和策略。特别关注的是网络提供循环有功和无功功率的负载。
2016-07-06 physics.acc-ph physics.ins-det
A Control System of New Magnet Power Converter for J-PARC Main Ring Upgrade
日本质子加速器研究综合体（J-PARC）旨在建立兆瓦级质子加速器设施。增加主环（MR）束流功率的一个有前途的解决方案是主磁体的转换器，其中新的主磁体用于此升级。我们有一个计划，以取代和发展的电源转换器的主要磁铁，为这次升级。根据开发新的功率变换器。我们已经为新的功率转换器开发了一种新的控制系统。该控制系统由四部分组成：电流测量装置、反馈控制系统、门脉冲发生器和慢控系统。考虑到批量生产的可重复性和控制算法的方便性，采用了数字控制系统。我们将报告这个控制系统的设计和一些测试结果与一个新的功率转换器的小四极磁铁。
2018-06-23 physics.acc-ph physics.ins-det
High Precision Current Measurement for Power Converters
功率转换器电流的精确测量对于控制和向粒子加速器中的磁体提供稳定且可重复的电流至关重要。本文回顾了最常用的功率转换器电流测量设备，并讨论了测试和校准方法。
2016-07-06 physics.acc-ph physics.ins-det
High-intensity positron microprobe at the Thomas Jefferson National Accelerator Facility
提出了一种基于连续波电子直线加速器的高强度高亮度慢正电子产生源的概念设计方案，其投影强度为10 $^{10}$ e $^+$ /s。在我们的设计中达到这个强度依赖于正电子（T $_+$低于600 keV）从电子-正电子对产生转换器靶向低辐射和低温区域的传输，以在高效低温稀有气体减速剂固体Ne中进行减速。该设计进展通过蒙特卡罗优化：电子/正电子束能量和转换器靶厚度，电子$^+$束从转换器到减速器的运输，电子$^+$束从磁通道的提取，同步光栅系统，和减速器效率计算。为了从磁通道中提取e $^+$，已经建立了一个磁场终止器插头原型，并给出了原型有效性的实验结果。文中还讨论了转换靶的散热和辐射防护措施。
2014-06-19 cond-mat.mtrl-sci physics.acc-ph physics.atom-ph
Evolution of the SPS Power Converter Controls towards the LHC Era
到90年代末，欧洲核子研究中心质子加速器（SPS）的功率转换器控制系统（Mugef）已经完成了全面的现代化改造。这导致在LynxOS实时操作系统下，在VME环境中开发了用于功能生成、测量和I/O的新硬件。这提供了一个平台，在这个平台上可以为大型强子对撞机（LHC）时代的未来操作开发扩展。本文介绍了这些扩展，特别是一个快速的监视和联锁系统，用于监测功率转换器的输出电流。这对于SPS传输线TI 2和TI 8到LHC的安全操作以及未来的类似应用是强制性的。概述了用于处理功率变换器的各种故障模式和及时激活联锁的策略。目前正在开发的新的SPS控制基础设施将为Mugef系统带来新的操作模式。与所提出的中间件的集成必须在结构化的演进中进行，同时保持与当前使用的兼容性。
2001-11-20 physics.acc-ph
Controls and Interfaces
加速器磁铁的可靠供电需要可靠的电源转换器和控制器，能够长期满足供电规范。在本文中，一些问题，将挑战功率转换器控制工程师进行了讨论。
2016-07-06 physics.acc-ph physics.ins-det
Protection of Hardware: Powering Systems (Power Converter, Normal Conducting, and Superconducting Magnets)
除了磁体和电源转换器的保护外，我们还增加了人员保护部分，因为这是我们在电力系统设计和运行中的最高优先级。因此，我们的主题是保护人，功率转换器和磁体负载（免受供电设备的影响），包括正常导电磁体和超导磁体。
2016-08-10 physics.acc-ph physics.ins-det
Development of a Hybrid Power Supply and RF Transmission Line for SANAEM RFQ Accelerator
SANAEM Project Prometheus（SPP）一直在建造MeV范围的质子束线。它的质子源、两个中子源和一个低能诊断盒已经制造和安装。这些将是其次是一个4-叶片涡轮机将由两个阶段的PSU供电。第一级是一个定制的固态放大器，在352.2 MHz的工作频率下提供6 kW的功率。第二级采用Thales的TH 595四极管，将在短脉冲模式下将此输入放大到160 kW。将通过多个WR 2300全高和半高波导、3 1/8”刚性同轴电缆、适当的适配器和转换器以及定制设计的环行器连接，实现向太阳能电池板的电力传输。本文总结了这些部件在设计和生产过程中取得的经验。
2015-10-08 physics.acc-ph
Magnetodynamic Finite-Element Simulation of Accelerator Magnets
本课程讲稿描述如何建立加速器磁铁的磁动力场模拟，以及其背后的内容。麦克斯韦方程组的相关公式推导。在空间上用有限元法离散，在时间上用标准的时间积分法离散。介绍了加速器-磁体模型的建立步骤。给出了GSI SIS-100磁体的示例性仿真作为说明。最后，一些扩展的标准FE方法，专用于加速器磁铁，进行了讨论。
2020-06-18 physics.acc-ph
Machine Protection
加速器设备的保护与加速器技术一样古老，多年来一直与高功率设备有关。例如，防止供电设备过热（磁铁、功率转换器、高电流电缆），防止超导磁铁失超后损坏，以及速调管。保护设备免受电子束事故的影响是最近才出现的。它与高功率质子加速器（如ISIS、SNS、ESS和PSI回旋加速器）的束流功率增加、电子-正电子加速器和自由电子激光器的同步光发射以及束流中储存能量的增加（特别是强子对撞机，如LHC）有关。设计机器保护系统需要对加速器物理和操作有很好的理解，以预测可能导致损坏的可能故障。机器保护包括射束和设备监控、安全停止射束操作的系统（例如，倾倒射束或在低能量时停止射束）以及在这些系统之间提供胶水的联锁系统。最新的加速器LHC将以每束约3 × 10 14质子的速度运行，相当于每束360 MJ的能量。在不受控制的射束损失的情况下，这种能量会对加速器设备造成巨大损害，并且损坏加速器重要部件的单一事故可能会中断多年的运行。本文概述了加速器设备的保护要求，并介绍了各种保护系统。例子主要来自LHC、SNS和ESS。
2016-01-20 physics.acc-ph
Progress in high field accelerator magnet development by the US LHC Accelerator Research Program
可用于引导和聚焦质子束的最大磁场将是推动高能大型强子对撞机设计的最重要因素。美国大型强子对撞机加速器研究计划（LARP）是美国国家实验室的合作项目，旨在展示Nb 3Sn磁体技术应用于未来对撞机的可行性。虽然LARP主要关注高亮度LHC（HL-LHC）的要求，但它也与高能LHC（HE-LHC）直接相关。将讨论方案结果和未来方向。
2011-08-08 physics.acc-ph
Introduction to Machine Protection
加速器设备的保护与加速器技术一样古老，多年来一直与高功率设备有关。例如，防止供电设备过热（磁铁、功率转换器、高电流电缆），防止超导磁铁失超后损坏，以及速调管。尽管早在1967年就有一篇论文讨论了SLAC直线加速器（斯坦福直线加速器中心）的束流损伤，但对设备束流事故的保护是最近才出现的。它与高功率质子加速器束流功率的提高、电子-正电子加速器同步辐射光的发射以及束流能量的增加有关。设计机器保护系统需要对加速器物理和操作有很好的理解，以预测可能导致损坏的可能故障。机器保护包括射束和设备监控、安全停止射束操作的系统（例如，倾倒射束或在低能量时停止射束）以及在这些系统之间提供胶水的联锁系统。最新的加速器LHC将以每束约3 x 10 $^{14}$质子运行，对应于每束360 MJ的能量存储。在不受控制的射束损失的情况下，这种能量会对加速器设备造成巨大损害，并且损坏加速器重要部件的单一事故可能会中断多年的运行。本讲座将概述加速器设备的保护要求，并介绍各种保护系统。这些例子主要来自LHC和ESS。
2016-08-08 physics.acc-ph
Maximum allowable temperature during quench in Nb3Sn accelerator magnets
本文旨在通过对实验结果的分析，了解Nb_3Sn加速器磁体在失超过程中热点的最高允许温度。
2014-01-16 physics.acc-ph
Specifications, quality control, manufacturing, and testing of accelerator magnets
磁体的性能在加速器的功能中起着重要作用。大多数磁铁是在加速器实验室设计的，由工业制造。实验室和制造商之间的联系是包含磁铁技术规格的合同。为了概述技术规格的内容，本文描述了ALBA（弯曲，四极和六极）磁体的规格。磁体设计的基本规则在附录A中进行了回顾。
2011-03-09 physics.acc-ph
Methods of phase and power control in magnetron transmitters for superconducting accelerators
各种方法的相位和功率控制的超导加速器的磁控管RF源的ADS级项目的目的是最近开发和研究与传统的2.45 GHz，1千瓦，CW磁控管脉冲和CW制度。磁控管发射机由谐振（注入锁定）相位调制信号激励，可以提供相位和功率控制所需的速率，以精确稳定强度前沿加速器超导RF（SRF）腔中加速场的相位和幅度。一种创新的技术，可以显着提高磁控管发射机的效率，在宽范围的功率控制所需的超导加速器的开发和验证与2.45 GHz的磁控管工作在CW和脉冲制度。这种类型的高效率磁控管发射机可以显着降低ADSclass加速器项目的资本和运营成本。
2018-03-23 physics.acc-ph
Proceedings of the WAMSDO 2013 Workshop on Accelerator Magnet, Superconductor, Design and Optimization, CERN Geneva, Switzerland, 15 - 16 Jan 2013
本报告包含2013年1月15日至16日在欧洲核子研究中心举行的加速器磁体超导体、设计和优化研讨会（WAMSDO）的会议记录。WAMSDO研讨会的第四版侧重于与失超保护相关的方面。
2014-01-20 physics.acc-ph
Design, Construction and Test Arrangement of a Fast-Cycling HTS Accelerator Magnet
介绍了一种新型快循环加速器磁体的设计、制造和组装。短样品磁体由单匝高温超导电缆供电，该电缆能够在20 K下承载80 kA电流，并在40 mm磁隙中产生1.75 T磁场。然而，所应用的常规引线和电源仅允许正弦波24 kA、20 Hz限流测试磁体达到0.5 T的B场和20 T/s的最大循环速率。电缆的建设和拼接连接到电源线的关键方面进行了说明。提出了一种可能应用于质子和μ子加速器的高温超导加速器磁体的暂定功率损耗。
2014-09-19 physics.acc-ph
Phase and Power Control in the RF Magnetron Power Stations of Superconducting Accelerators
通过简化的磁控管动力学模型，研究了满足超导加速器对磁控管射频源要求的相位和功率控制方法。模型预测和解释的稳定，低噪声操作的管低于阈值的自激（Hatrree电压在自由运行模式下）在最高效率，宽范围的功率控制和宽带相位控制，以及在实验中得到验证，证明能力的磁控管发射机的最先进的超导加速器的供电。本文叙述了加速器的动力学模型、实验验证和高效率磁控管射频发射机的概念方案。
2017-09-13 physics.acc-ph
Manufacturing and Testing of Accelerator Superconducting Magnets
用于加速器的超导磁体的制造是一个相当复杂的过程，尚未完全工业化。在本文中，经过一个简短的历史演变的磁铁设计和建设，我们审查的主要特点加速器磁铁的建设技术的影响。我们证明了设计和组件质量如何影响施工，以及为什么最终产品需要全面质量的方法。LHC的经验被广泛讨论，并阐明了主要的教训。然后，新的Nb3Sn技术，下一代磁铁建设的发展，概述。最后，我们简要回顾了加速器超导磁体的测试过程，强调了与设计验证和制造过程的密切联系。
2015-01-28 physics.acc-ph
R&D works for Superconducting Magnet for Future Accelerator Applications in Japan
KEK低温科学中心正在为未来的加速器科学开发超导磁体技术。三个主要的技术类别是重点：1）高精度三维磁场技术的基础上的g-2/EDM磁铁的发展，2）抗辐射超导磁铁技术的基础上的彗星磁铁的发展，和3）高磁场超导磁铁技术的基础上的未来对撞机的LHC MQXA和HL-LHC D1磁铁的发展。广泛的研究，包括Nb 3Sn导体和磁体的高场磁体和高温超导抗辐射超导磁体的发展正在进行各种合作计划，如美日研究合作。
2022-03-23 physics.acc-ph
Conventional Accelerator Magnets
Paul Scherrer Institute（保罗谢尔研究所）
本课程介绍了用于粒子加速器的传统磁体，包括正常导体铜线圈磁体和永磁体，探讨了它们的设计原理、材料选择及应用实例。
2026-02-23 physics.acc-ph
Quench protection analysis in accelerator magnets, a review of the tools
随着加速器磁体的磁场和储存能量的增加，失超保护成为磁体设计的关键部分。由于失超现象的复杂性交织在磁、电和热分析中，使用数值代码是该过程的关键组成部分。在这方面，我们建议在这里审查几个常用的磁铁设计社区的工具。
2014-01-16 physics.acc-ph
Understanding training in superconducting accelerator magnets using acoustic emission diagnostics
在超导加速器磁体发展中的各种长期存在的问题中，培训是影响磁体性能的最古老和众所周知的问题之一。了解训练过程背后的物理学对于在新磁体设计中适当缓解和消除这种现象至关重要。本文讨论应用声发射（AE）诊断定位和分类的瞬态机械事件在超导磁体和表征的瞬态能量释放负责过早淬火，记忆效应，并最终，培训。结合美国磁体发展计划的目标，展望了未来声发射诊断技术的发展。
2022-03-16 physics.acc-ph
Record fast-cycling accelerator magnet based on high temperature superconductors
四十年前，高电流超导NbTi电缆的发展彻底改变了能源前沿加速器的磁体技术，如Tevatron，RHIC和LHC。基于NbTi的磁体提供了高得多的场B和低得多的电壁插功耗的优点，如果在4.5K下操作，但是相对小的斜坡速率dB/dt <<0.1T/s。对高平均束流功率和高重复频率的加速器的需求已经开始了对快速斜坡SC磁体的研究，但是发现低温超导体中的AC损耗妨碍了获得超过（1- 4）T/s的速率。在这里，我们报告的高温超导体磁体技术的首次应用，大大降低了交流损耗，并报告在原型双孔径加速器磁体中实现了12 T/s的高斜坡率。
2019-03-09 physics.acc-ph
Superconducting Accelerator Magnets
Paul Scherrer Institute（保罗谢尔研究所）
本课程介绍超导磁体技术，涵盖材料、结构、制造方法及核心挑战，通过实例展示其在加速器中的应用与优势。
2026-02-23 physics.acc-ph
Mechanical Design of Superconducting Accelerator Magnets
本文是关于超导加速器磁体的机械设计。首先，我们简要回顾了基本概念和术语。在下面的章节中，我们描述了不同类型的超导加速器磁体的机械设计的特殊性：超导体，cos-theta，超导体和环形线圈。特别注意的预应力原则，其目的是避免在超导线圈的拉伸应力的出现。以一台小型超导回旋加速器为例，总结了机械设计的主要步骤和应遵循的原则。最后，我们提出了一些意见的测量技术。
2015-01-13 physics.acc-ph
Fiber-optic diagnostic system for future accelerator magnets
下一代高能物理加速器将需要~20 T的磁场。高温超导线圈将是未来加速器磁体的重要组成部分，目前有几项工作致力于设计20 T高温超导-低温超导混合磁体。在现有的挑战中，缺乏用于混合磁体技术的鲁棒失超检测系统。另一个巨大的挑战是Nb 3Sn磁体达到性能水平所需的大量训练淬火。在这个框架中，重要的是要找到一个工具，允许本地实时监测磁体的应变和温度。在本文中，我们建议使用纤维光学传感器的诊断和淬火检测在未来的加速器超导磁体。离散和分布式光纤传感器已被证明是一种很有前途的工具。目标是为数百个加速器超导磁体提供仪器，并超越概念验证水平。仍然需要取得重大进展。在这里，我们将介绍最新的结果，并讨论最紧迫的技术发展，以便在未来10年内使这些传感器成为加速器超导磁体的强大而可靠的诊断工具。我们预见，在未来3到5年内，分立光纤传感器将成为超导磁体的稳定诊断探针。分布式光纤需要更多的研发工作。最迫切的需求是提高采样率和灵敏度。与供应商的密切合作将是必要的，以改善机械性能和制造工艺，以生产数百米的光纤和仪器的大量加速器超导磁体。这些研发工作将持续长达10年，创始水平介于500万至1000万美元之间。
2022-03-15 physics.acc-ph
Status of Nb$_3$Sn accelerator magnet R&D at Fermilab
自90年代末以来，费米实验室一直在开发基于Nb3Sn超导体的新型加速器磁体技术。已经构建并测试了六个短偶极模型、七个短四极模型以及许多单独的偶极和四极线圈，展示了磁体性能参数及其可重复性。该技术的规模扩大计划已经建立和测试了几个偶极和四极线圈长达4米。这项工作的结果进行了总结的文件。
2011-08-09 physics.acc-ph
Accelerator Technology Magnets
Snowmass社区演习于2020年4月开始，旨在确定并记录美国和国际合作伙伴对粒子物理学未来的科学愿景。AF 7-磁铁工作组负责a）解决磁铁技术对未来HEP设施的潜在贡献，b）评估实现这些机会所需的R\&D，c）估计这些工作的时间和成本规模，以及d）评估相关制造基础设施和测试设施的需求。本报告介绍了工作组的职责，总结了加速器和探测器磁体技术的现状，并讨论了将美国和国际HEP的这一关键领域推向新视野的想法和计划。
2022-12-01 physics.acc-ph
Proof of Concept of High-Temperature Superconducting Screens for Magnetic Field-Error Cancellation in Accelerator Magnets
加速器磁铁必须有最小的磁场缺陷，以减少粒子束的不稳定性。在由高温超导（HTS）带材制成的线圈的情况下，需要仔细评估持续电流引起的场缺陷。在本文中，我们研究了使用超导屏蔽的基础上，高温超导磁带，以减少加速器磁铁的磁场缺陷。屏幕利用持续电流的磁化来消除磁场误差。屏幕与主要场分量对齐，使得仅补偿不期望的场分量。屏幕是被动的，自我调节的，不需要任何外部能源。在液氮中的测量在77开尔文显示偶极场配置的磁场误差的显着减少到四个因素。通过数值模拟，解释了在高温超导屏幕的几何缺陷的残余误差，从而达到满意的协议与实验结果。模拟结果表明，如果屏幕的宽度和厚度增加，并在4.5开尔文，场误差几乎可以完全消除加速器磁铁的典型的激励周期。
2021-03-26 physics.acc-ph
Improved Magnetron Stability And Reduced Noise In Efficient Transmitters For Superconducting Accelerators
最先进的高电流超导加速器需要具有快速动态相位和功率控制的高效RF源。这使得补偿的相位和振幅偏差的加速电压在超导RF（SRF）腔所造成的颤噪，等高效的磁控管发射机与快速相位和功率控制是有吸引力的RF源，这种应用。它们比传统的射频源更具成本效益，如用于大规模加速器项目的速调管、物联网和固态放大器。然而，与传统的RF源不同，受控磁控管作为强制振荡器操作。因此，研究控制信号对磁控管稳定性、噪声和效率的影响是重要的。本文讨论了2.45 GHz，1 kW管的实验和验证我们的分析模型，这是基于电荷漂移近似。
2018-06-20 physics.acc-ph
Using tevatron magnets for HE-LHC or new ring in LHC tunnel
简要介绍了两种用于33 TeV厘米级能量的p ~+ - p ~+碰撞HE-LHC的注入加速器方案。一种选择是基于SPS隧道中的Super-SPS（S-SPS）[1]加速器，另一种是基于LHC隧道中的LER（低能环）[2]加速器。预期的主要电弧加速器磁体的性能考虑的S-SPS和LER加速器的建设被用来试探性地设计这些加速器作为潜在的注射器，以HE-LHC的一些选定的属性。
2011-08-08 physics.acc-ph
Record High Ramping Rates in HTS Based Super-conducting Accelerator Magnet
我们报告的高温超导体为基础的快速循环原型加速器磁体的实验测试的结果能够操作高达约300特斯拉每秒的磁场斜坡率与一些0.5 T的磁场中的磁隙。所测量的上限为低温冷却功率所需的支持磁体导体在高斜坡率的操作表明，这种类型的磁铁在快速循环同步加速器中微子研究或μ子加速的巨大潜力。简要介绍了试验磁体的设计、结构和配套的低温和动力系统。磁铁功率测试结果进行了讨论，在一个可能的升级，这种磁铁的设计，以2 T的字段，最大可行的超铁磁铁。
2021-11-11 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
Eddy currents in accelerator magnets
本文介绍了加速器磁场中的主要涡流效应--磁场修正（时间延迟和磁场质量）和电阻性功率损耗。在第一部分中，从麦克斯韦方程组，一个基本的理解的过程，并解释了简单的几何形状和时间行为的例子。有用的公式推导出的影响的大小的分析估计。在第二部分中的实际磁铁的影响进行了分析和描述的数值和测量结果的比较。最后，在前几部分的基础上，给出了如何减小涡流效应的设计建议。
2011-03-09 physics.acc-ph
Case Studies on Superconducting Magnets for Particle Accelerators
在CERN加速器学校的“加速器的超导性”中，学生被分成18组，并分配了6个不同的练习（案例研究），涉及超导磁体和RF腔的设计和分析。这些问题涵盖了广泛的主题，从超导材料的性能到操作条件和组件的一般尺寸。学生们进行的工作被证明是一个非常有用的机会，可以复习讲座中解释的材料，熟悉关键参数的数量级，并理解和比较不同的设计方案。我们在本文中提供了一个总结的活动有关的超导磁体的案例研究，并提出了主要成果。
2015-01-28 physics.acc-ph
Cylindrical Circular and Elliptical, Toroidal Circular and Elliptical Multipoles Fields, Potentials and their Measurement for Accelerator Magnets
粒子加速器跟踪的最新进展表明，场表示是预测精度的主要限制之一，特别是对于机器，其孔径完全由束填充，因此必须彻底理解高阶模式产生的伪影。由于圆柱形多极子直接对应于笛卡尔坐标，因此今天用于场演示的标准工具是圆柱形圆形多极子。在本文中，我们将标准方法扩展到其他坐标系，展示了如何在FAIR项目中测量SIS100磁体时测量这些坐标系。
2014-10-29 physics.acc-ph
Finite-Element Simulation of an Accelerator Magnet: an Exercise
本说明描述了加速器磁体有限元（FE）模拟的扩展练习。学生使用FEMM免费软件构建和模拟磁体模型。他们有机会练习有限元理论，包括麦克斯韦方程组，磁准静态公式，加权残差方法，选择适当的有限元形函数和代数方程组，从而通过填写表格进行指导。他们被邀请来实现一个简单的FE求解器的最关键的部分。最后，使用自己的软件再次模拟磁体，并开发一些问题专用的后处理例程。该练习教育加速器物理和电气工程专业的学生构建和模拟准确和可管理的FE模型，标准FE求解器背后的算法以及为自己的目的扩展FE求解器的一些想法。开展这项工作所需的所有文件均可免费查阅。
2020-06-18 physics.acc-ph
Resonant interaction of the electron beam with a synchronous wave in controlled magnetrons for high-current superconducting accelerators
为了优化驱动磁控管的射频谐振注入信号的参数，以管理超导强流加速器所需的射频源的相位和功率，建立了一个简化的解析模型，分析了在磁控管的交叉恒定场中漂移的Larmor电子束与提供漂移电荷相位分组的同步波的谐振相互作用。该模型，它认为注入到磁控管的注入锁定管的操作上的RF谐振信号的影响，证实了最近开发的磁控管的快速功率控制的方法在高达10 dB的范围内的最高生成效率，低噪声，精确的载波频率的稳定性，和宽带相位控制的可能性。用连续波2.45 GHz，1 kW微波炉磁控管的实验验证了这些管的行为与分析模型的对应性。在磁控管中的功率控制的新方法的原理的证明，基于所开发的模型，在实验中被证明。该方法对强流超导射频加速器具有吸引力。本文还讨论了超导加速器所需速率的功率控制的矢量方法，注入磁控管的射频谐振信号对注入锁定管的相位控制速率的影响，以及高效率的磁控管发射机的概念方案。
2018-07-26 physics.acc-ph
Differentiable Preisach Modeling for Characterization and Optimization of Accelerator Systems with Hysteresis
粒子加速器性能的未来改进取决于加速器越来越精确的在线建模。在用于通知控制算法的在线加速器模型中，加速器的磁性，机械和材料组件中的滞后效应通常被忽略，即使在高精度加速器中，来自表现出滞后的系统的再现性误差也不可忽略。在这项工作中，我们结合了经典的Preisach滞后模型与机器学习技术，有效地创建非参数，高保真模型的任意系统表现出滞后。我们证明，我们的技术准确地预测物理加速器磁铁的磁滞效应。我们还通过实验演示了如何使用这些方法可以在原位，其中的磁滞模型与贝叶斯统计模型相结合的光束响应，允许表征的磁滞在加速器磁铁完全从测量的光束。此外，我们探讨如何使用这些联合的悬臂梁模型，使我们能够克服优化性能的限制时，滞后效应被忽略。
2022-02-15 physics.acc-ph
Modern High Intensity H- Accelerator Sources
本文评述了用于加速器的现代强流氢离子源. 1971年7月1日，在俄罗斯新西伯利亚核物理研究所（INP）首次观察到铯化效应，即在低于负离子电流的情况下，随着共提取电子电流的降低，气体放电中负离子发射的显著增强。这一观测结果成为发展表面等离子体负离子源（SPS）的基础。几何聚焦的发明提高了负离子产生的效率。本文讨论了等离子体加速器的磁控-平面加速器。介绍了转换器SPS。讨论了半等离子体放电。综述了潘宁放电等离子体放电、射频脉冲放电和连续放电等离子体放电。回顾了负离子源的发展历史。正在进行大型开发项目，包括大型强子对撞机和国际热核实验反应堆的SPS。具有CeSiated SPS的喷射器的开发和制造已经成为十亿美元规模的产业。
2018-06-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Replacement of Magnet Power Supplies, Control and Field-Bus for the Psi Cyclotron Accelerators
PSI加速器复合体中的磁体电源及其控制和现场总线都是旧的。有些部件已经使用了30多年。为了保证进一步的维护和满足更苛刻的2 mA光束操作规范，必须更换它们。将使用为SLS开发的开关电源。这意味着对加速器控制系统的一部分进行了重大重新设计，该系统现在基于CAMAC，ROAD-C和其他内部开发的硬件，包括机器保护系统。新设置的修改控制将基于VME或CAMAC，并具有用于机器保护系统功能的专用处理器。
2001-12-11 physics.acc-ph
Accelerator Magnet Development Based on COMB Technology with STAR Wires
本文报道基于STAR导线的COMB磁体技术进展，制造并测试了60 mm孔径双层二极磁体，以研究绕制过程中STAR导线临界电流的退化情况。
2023-08-07 physics.acc-ph
Application of Wavelet-based Active Power Filter in Accelerator Magnet Power Supply
由于现代加速器对磁体电源（PS）的稳定性要求很高，因此有必要降低流经磁体的谐波电流。针对北京正负电子对撞机二级加速器电源下降电流的抑制问题，提出了一种基于小波变换的有源电力滤波器。有源电力滤波器（APF）是改善电流质量的有效装置。作为对这些谐波电流的对策，APF电路产生谐波电流，抵消来自PS的谐波电流。提出了一种基于小波变换的有源电力滤波器。利用离散小波变换对供电电流中的谐波分量进行分析，并根据分析结果设计有源电力滤波电路。最后给出了仿真和实验结果，验证了该有源滤波器的有效性。
2013-12-20 physics.acc-ph
A Novel Technique of Power Control In Magnetron Transmitters For Intense Accelerators
提出了一种在锁定信号频率下实现动态相位和功率控制的大功率磁控管发射机的新概念。发射器补偿闭合反馈回路内超导RF（SRF）腔中固有的寄生相位和幅度调制，旨在为强度前沿超导加速器供电。该概念使用由足够的谐振（注入锁定）信号驱动的磁控管，并由可以低于自激阈值的电压馈电。这在单个磁控管中以最高效率提供了扩展的功率控制范围，从而最小化RF功率单元的成本和操作成本。在这里讨论的脉冲和CW制度与2.45 GHz，1千瓦磁控管的原理证明所提出的概念。提出并讨论了一种允许动态宽带相位和中频功率控制的大功率发射机的概念方案。
2016-12-21 physics.acc-ph
A High-power 650 MHz CW Magnetron Transmitter for Intensity Frontier Superconducting Accelerators
提出了一种基于两级注入锁定CW磁控管的650 MHz CW磁控管发射机的概念，该发射机具有相位和功率的快速控制，用于驱动强度前沿加速器的超导腔（SC）。这个概念是基于一个理论模型，考虑磁控管作为一个强制振荡器和实验验证的2.5兆瓦脉冲磁控管。为了满足SC加速器的相位和输出功率要求的快速控制，两个两级注入锁定CW磁控管与3 dB混合相结合。通过改变磁控管之一的输入相位来实现输出功率的快速控制。对于输出功率高达250千瓦，我们预计输出/输入功率比约为35至40分贝的CW或准CW模式与长脉冲持续时间。发射机的所有磁控管应基于市售型号，以降低系统成本。一个实验模型，使用1千瓦，连续波，S波段，注入锁定磁控管与3分贝的混合组合器已经开发和建立的研究。在这项工作中的模型，模拟和实验结果的描述和讨论。
2013-01-25 physics.acc-ph
Dynamical Effects Due to Fringe Field of the Magnet in Circular Accelerators
从哈密顿系统的矢势出发，导出了单多极子和螺线管硬边边缘场的主要Lie发生器，包括色效应。这些非线性发生器被应用到PEP-II的相互作用区域，以分析由于偏心四极杆和螺线管的反馈而引起的线性误差。研究了大幅度调谐漂移的非线性效应、半整数附近的同步电子感应加速器边带及其对动态孔径的影响。
2005-05-23 physics.acc-ph
A Two-stage injection-locked magnetron for accelerators with superconducting cavities
提出了一种用于驱动强度前沿加速器超导腔的两级注入锁定连续波磁控管的概念。该概念考虑了两个磁控管，其中输出功率相差15-20 dB，并且从外部源锁定频率的较低功率磁控管锁定较高功率磁控管。注入锁定两级CW磁控管可用作费米实验室的Project-X的RF电源，分别为8 GeV脉冲直线加速器的1.3 GHz SC中的每一个馈电。我们预期输出/锁定功率比约为30-40 dB，假设工作在脉冲持续时间约为8 ms和重复频率为10 Hz的脉冲模式下。本文介绍和讨论了一个两级磁控管的实验装置，该磁控管采用连续波、S波段、1 kW的电子管，脉冲宽度为1-10 ms。
2013-01-25 physics.acc-ph
Towards 20 T Hybrid Accelerator Dipole Magnets
在圆形粒子加速器中获得非常高的碰撞能量的最有效方法是使主弯曲偶极子的场强最大化。在使用Nb-Ti超导体的偶极磁体中，实际的磁场极限被认为是8-9 T。当使用Nb_3Sn超导材料时，可以实现15-16 T的场水平。为了进一步推动磁场超过Nb 3Sn极限，需要在磁体设计中考虑高温超导体（HTS）。最有希望用于粒子加速器磁体的高温超导材料是Bi 2212和REBCO。然而，它们出色的性能伴随着显着更高的成本。因此，朝向20 T偶极磁体的经济上可行的选择可以包括混合解决方案，其中使用HTS和Nb 3Sn材料两者。我们在本文中讨论各种20 T混合磁体概念的初步概念设计。在定义了总体设计准则后，基于简单扇形线圈的有限元模型研究了线圈尺寸和参数。初步的2D截面计算结果，然后提出和三个主要的布局比较：余弦θ，块，和共同线圈。传统的设计和更先进的压力管理选项都被考虑在内。
2022-08-30 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
What is Needed for BiSCO to Work in a Dipole Insert for 20 Tesla Hybrid Accelerator Magnets
本研究针对未来加速器20T级混合磁体的需求，分析了BiSCO高温超导体线材的应用优势与现存挑战，并提出了四项推动其在加速器磁体中应用的关键改进方向。
2024-06-21 physics.acc-ph
Test samples and infrastructure for accelerator magnet developments
由于磁铁的训练功能，LHC仍然不能以全能量运行。高场实用超导体（Nb 3Sn）显示出比NbTi差得多的训练行为。大多数磁体性能问题都与淬火有关，我们需要了解这种现象及其依赖关系，才能在磁体中成功解决这些问题。出于实用和科学的原因，很难在真正的磁铁中研究潜在的机制。可用的数据表明，在失超位置模拟当地条件可能足以很好地理解是什么驱动了观察到的行为。“本地”条件意味着通过在具有可控条件（包括外部磁场和力场）的设施内供电的电缆/“堆叠”的小样本进行仿真。本文讨论了这种方法的必要性，同时回顾了目前淬火研究的认识和方向，并指出了现有技术的不足。要实现持续和负担得起的发展，就需要改善设施和改变观点。
2022-03-14 physics.acc-ph
Medical therapy and imaging fixed-field alternating-gradient accelerator with realistic magnets
NORMA是一种用于50至350 MeV质子的正常传导赛道固定场交变梯度加速器（FFAG）的设计。在这篇文章中，我们展示了从一个理想化的晶格的发展与严格的二维（2D）和三维（3D）有限元磁铁建模的磁场图实施的设计。我们表明，虽然从一个2D模型的字段可能会重现理想化的字段到一个密切的近似，调整必须考虑到由3D模型和边缘字段和完整的3D模型所带来的差异的晶格。实施这些晶格校正，我们恢复所需的性能，小的调谐位移与能量和一个巨大的动态孔径。主要结果是一个迭代的设计方法，以产生第一个现实的设计质子治疗加速器，可以快速提供质子治疗和成像高达350兆电子伏。第一次迭代是显式执行的，并在文本中详细描述。
2017-09-03 physics.acc-ph
Accelerator beam phase space tomography using machine learning to account for variations in beamline components
本研究提出一种结合机器学习的加速器束流四维横向相空间重建技术，可同时估算磁铁强度误差，已通过CLARA实验数据验证，实现快速精准的相空间层析成像。
2024-05-16 physics.acc-ph
