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
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
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
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
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
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
Proceedings of the CAS - CERN Accelerator School: Superconductivity for Accelerators, Erice, Italy, 24 Apr - 4 May 2013
这些会议记录整理了CERN加速器学校（CAS）组织的第27期专业课程的讲座。该课程于2013年4月24日至5月4日在意大利埃里切的埃托雷·马约拉纳基金会和科学文化中心举办。在关于基本加速器物理学和超导性的概括性讲座之后，课程涵盖了与加速器用超导射频系统和超导磁体的设计、生产和操作有关的主题。与会者进行了六个案例研究之一，以获得与超导系统设计有关的问题的“实践”经验。一系列专题讨论会结束了该方案。
2015-02-10 physics.acc-ph
Superconducting RF Technology R&D for Future Accelerator Applications
超导射频技术（SRF）发展迅速，其应用也是如此。虽然人们正在积极利用可称之为目前的实践状况，但在几个方面扩大可获得和有用的参数空间方面也取得了迅速进展。虽然最先进的性能有时会超过全面的理解，但从积极的SRF研究中不断提高的科学理解正在澄清从现有材料中获得最佳性能的途径，并开辟超越标准散装铌的途径。不断提高的技术基础理解使工艺工程能够提高性能置信度和可靠性，并提高单位实施成本。对技术的信心不断增强，使新的创造性应用设计工程成为可能。我们试图调查这一景观，以突出未来加速器应用的潜力。
2012-12-17 physics.acc-ph
Dual fast-cycling superconducting synchrotron at Fermilab and a possible path to the future of high energy particle physics
我们简要概述了短期和长期的物理动机，在费米实验室的Tevatron隧道中建造一个双，快循环超导同步加速器（DSFMR -双超铁主环）。我们讨论了使用该加速器作为高强度双中微子束源的长基线中微子振荡搜索实验，也作为一个快速，双预注入加速器的VLHC（甚大强子对撞机）。
2010-05-06 physics.acc-ph
The Conversion of CESR to Operate as the Test Accelerator, CesrTA, Part 4: Superconducting Wiggler Diagnostics
康奈尔大学的电子/正电子储存环（CESR）在2008年5月开始的一系列加速器关闭过程中进行了修改，这大大提高了其粒子加速器的研发能力。CESR的能量跨度从1.8到5.6 GeV，电子和正电子都有，这使得它适合于研究与当前光源和未来轻子阻尼环有关的各种加速器物理问题和仪器。此外，其中一些也与质子加速器的束流物理有关。本文是四篇文章中的最后一篇，介绍了超导摇摆器的真空系统改造，以适应研究摇摆器内电子云（EC）行为的诊断仪器。早期的论文提供了一个概述的加速器物理程序，一般修改CESR，必要的转换CESR的测试加速器，CesrTA，增强研究低发射度调谐方法，EC效应，束内散射，快离子不稳定性，以及一般改进束仪器的真空系统的修改。虽然CesrTA最初的研究集中在与国际直线对撞机阻尼环设计有关的问题上，但CESR是一个非常通用的储存环，能够研究广泛的加速器物理和仪器问题。
2016-10-18 physics.acc-ph
Start-to-end simulation with rare isotope beam for post accelerator of the RAON accelerator
稀有同位素科学计划（RISP）的RAON加速器是为了产生和加速各种稳定的重离子束和稀有同位素束而研制的，具有广泛的科学应用前景。在RAON加速器中，由在线同位素分离（ISOL）系统产生的稀有同位素束流将通过后加速器，即从后低能束流传输（LEBT）系统和后射频四极（QFD）系统传输到超导直线加速器（SCL 3）。加速后的束流将在低能实验大厅中使用，或由超导直线加速器（SCL 2）再次加速，以便在高能实验大厅中使用。在本文中，我们将描述的开始到结束的模拟结果与罕见的同位素束流产生的ISOL系统在后加速器的RAON加速器。此外，还对超导直线加速器SCL 3的误差进行了分析和修正。
2016-06-08 physics.acc-ph
Status and Plans for a Superconducting RF Accelerator Test Facility at Fermilab
先进超导试验加速器（ASTA）正在费米实验室建造。现有的新μ子实验室（NML）大楼正在为该设施进行改造。加速器将包括一个电子枪，注入器，由3个TTF型或ILC型低温模块组成的束加速部分，用于测试诊断和进行各种束测试的多个下游束线，以及一个高功率束流收集器。完成后，据设想，该设施最初将能够产生750 MeV的电子束与ILC束强度。最近完成了对该设施的扩建，将有能力将加速器升级到1.5 GeV的总束流能量。在ASTA设施附近还建造了两座新建筑，以容纳新的低温工厂和多个超导RF（SRF）低温试验台。除了测试加速器组件外，该设施还将用于测试未来SRF加速器（如ILC和Project-X）的RF功率系统、仪器和控制系统。本文介绍了该设施的现状和总体规划。
2013-01-29 physics.acc-ph
Project X with Rapid Cycling and Dual Storage Superconducting Synchrotrons
研究中微子振荡和稀有介子衰变是X计划的主要物理目标。成功的物理结果依赖于高强度中微子和介子（K+和μ）束的可行性。为了实现这一目标，我们提出了由同步加速器主导的加速器系统（选项A），作为由直线加速器主导的加速器系统（选项B）的技术上更容易和更具成本效益的替代方案。概述了基于同步加速器的加速器系统及其主要组成部分，并提出和讨论了中微子和介子束生产的预期质子束功率。
2012-05-07 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
Physics of stabilization and dynamic control of CW magnetrons for superconducting accelerators
Muons, Inc（Muons公司）；Fermilab（费米国家加速器实验室）；JLab（杰斐逊实验室）
本研究针对连续波磁控管用于超导加速器时的再生不稳定性与噪声问题，结合分析、PIC模拟及实验数据，开发出适配超导射频加速器的稳定与动态控制方法。
2026-10-12 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
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
ASTA at Fermilab: Accelerator Physics and Accelerator Education Programs at the Modern Accelerator R&D Users Facility for HEP and Accelerator Applications
我们目前和计划的束流物理研究计划和加速器教育计划在先进的超导测试加速器（ASTA）在费米实验室。
2014-09-18 physics.acc-ph
Notes on the design of experiments and beam diagnostics with synchrotron light detected by a gated photomultiplier for the Fermilab superconducting electron linac and for the Integrable Optics Test Accelerator (IOTA)
我们概述了在费米实验室加速器科学与技术（FAST）设施和集成光学测试加速器（IOTA）的电子直线加速器的束流实验的设计，基于同步光发射的电子在弯曲偶极子，检测与门控微通道板光电倍增管（MCP-PMT）。该系统既可用于射束诊断（例如，具有全动态范围的光束强度、逐圈光束振动等）以及用于科学实验，例如直接观察储存环中单个电子发射的辐射的时间结构。在电子直线加速器的下游端和IOTA环中的光子脉冲和光谱之间的相似性允许在直线加速器的调试期间测试装置。
2017-11-08 physics.acc-ph
On operation and control of CW magnetrons for superconducting accelerators
针对注入锁定模式下CW磁控管噪声大、难以用于超导射频加速器的问题，本文回顾相关PIC建模与实验结果，提出利用注入受迫信号启动磁控管的受迫振荡技术以抑制再生噪声。
2025-07-29 physics.acc-ph
Structural Analysis of Superconducting Accelerator Cavities
通过有限元结构分析，确定了各种工程超导腔体的静态和动态结构性能。详细研究了中子科学项目的b = 0.61腔体形状，发现如果用5毫米厚的材料和单个环形加强件制造，则满足所有设计要求。该600 MHz谐振腔的洛伦兹系数为-1.8 Hz/（Mv/米）2，最低结构谐振频率超过100 Hz。在b = 0.48，0.61和0.77的腔进行了分析，中子科学项目的概念，将纳入7细胞腔。发现中等和高β空腔满足所有标准，但不可能产生b = 0.48且洛伦兹系数小于-3 Hz/（Mv/米）2的空腔。
2000-08-21 physics.acc-ph
Superconducting RF cavity R&D for future accelerators
高β超导射频（SRF）椭圆腔正在为几个加速器项目开发，包括X项目，欧洲XFEL和国际直线对撞机（ILC）。费米实验室最近建立了一个广泛的基础设施，为未来的加速器SRF腔的研发，包括腔表面处理和测试和腔组装成低温模块。本文综述了近年来世界各国在SRF腔体研究与开发方面所做的努力，以及费米实验室SRF腔体研究与开发在全球项目背景下的进展。
2009-10-22 hep-ex physics.acc-ph
Field Emission in CEBAF's Superconducting RF Cavities and Implications for Future Accelerators
场致发射是粒子加速器超导射频的关键问题之一。当存在时，它直接或通过在2K下的诱导热负荷来限制操作梯度。为了最大限度地减少粒子污染，从而在CEBAF SRF腔在组装过程中的场发射，冷陶瓷RF窗口被放置在非常接近加速腔。作为一个意想不到的结果，窗口是由场发射电子充电，使得有可能监测和模拟场发射CEBAF腔，因为在隧道操作开始。从1995年1月30日到2003年2月10日，有64例腔场发射的自发发作或变化，每次事件的可用梯度平均下降1.4（sigma 0.8）MV/m。事件前梯度的分数损失平均为0.18（sigma 0.12）。该事件计数对应于每个腔每世纪2.4个事件，或CEBAF每年8个事件。据推测，场致发射的变化是由于吸附的气体积累。这一点和其他观测结果对国际直线对撞机（ILC）和其他未来加速器的可能影响将被讨论。
2007-10-02 physics.acc-ph
Mechanical Design of a High Energy Beam Absorber for the Advanced Superconducting Test Accelerator (ASTA) at Fermilab
为费米实验室的先进超导试验加速器（ASTA）建造了一个高能束流吸收器。在该设施的初始配置中，电子束将通过3个TTF型或ILC型RF低温模块加速到750 MeV的能量。电子束将被引导到多个下游实验和诊断束线之一，然后沉积在两个束吸收器之一中。该设施的设计可容纳多达6个低温模块，这将产生一个75千瓦的1.5 GeV束流;这是束流吸收器的驱动设计条件。光束吸收器由水冷石墨、铝和铜层组成，这些层包含在充满氦气的外壳中。本文介绍了梁式吸收器的机械实现，重点是热设计和分析。此外，辐射诱导的石墨降解的潜力进行了讨论。
2013-01-23 physics.acc-ph
Nondestructive beam envelope measurements using beam position monitors for low-beta heavy ion beams in superconducting linear accelerator
RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science（RIKEN理化学研究所加速科学中心）；SHI Accelerator Service Ltd.（SHI加速器服务有限公司）
针对超导直线加速器束流包络难以直接无损测量的问题，本研究采用cos2θ型BPM结合传输矩阵与丝扫描数据估算低β重离子束包络，在SRILAC上验证了方法的可行性，可用于超导段常规无损束流监测。
2025-04-23 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
Business models to assure availability of advanced superconductors for the accelerator sector and promote stewardship of superconducting magnet technology for the US economy
本文提出通过公私合作伙伴关系发展国内超导磁体与先进超导体供应能力，以保障加速器领域需求并促进美国超导技术生态。
2023-08-06 cond-mat.supr-con 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
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
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
Continuous wave superconducting radio frequency electron linac for nuclear physics research
CEBAF，连续电子束加速器设施，自1995年以来一直积极服务于核物理研究界作为一个独特的前沿国际资源。这CW电子直线加速器（直线加速器）在美国能源部的托马斯·杰斐逊国家加速器设施（杰斐逊实验室）继续发展作为一个精确的工具，识别核内的结构和动力学。超导RF（SRF）技术一直是CEBAF的重要基础，首先是4 GeV的机器，然后是6 GeV，目前能够达到12 GeV。我们审查的发展，实施和性能的SRF系统CEBAF从早期开始的12 GeV时代的调试。
2016-11-17 physics.acc-ph
Linear Lattice and Trajectory Reconstruction and Correction at FAST Linear Accelerator
基于1.3 GHz超导射频腔的FAST直线加速器低能部分调试成功。在调试期间，使用基于梁的模型相关方法来校正线性晶格和轨迹。点阵校正算法是基于对来自剖面监测器的波束形状和对偶极子校正器的轨迹响应的分析。四极子磁场梯度变化和超导RF腔相位变化的轨迹响应用于校正四极子和加速腔相对于其磁轴的聚束偏移。详细介绍了所使用的方法和实验结果。
2017-09-13 physics.acc-ph
Design of a medium energy, high average power superconducting e-beam accelerator for environmental applications
我们提出的技术和工程设计的中等能量（10兆电子伏）和高平均功率（1兆瓦）的电子束加速器用于辐照处理大容量的工业和城市污水。该加速器采用超导射频（SRF）腔技术产生高平均束流功率，射频束流效率为$>$ 90%。加速器的设计是简化和定制的工业设置通过采用制冷机传导冷却技术的SRF腔，而不是一个传统的液氦浴低温系统。技术设计的补充与加速器的资本和运营成本的详细分析。设计的加速器每天可处理高达1200万加仑的废水，需要$\sim\$$ 8M的建设资金，材料处理成本为$\sim$ 13.5美分/吨/kGy。
2021-12-27 physics.acc-ph physics.ins-det
Lifetime Testing 700 MHz RF Windows for the Accelerator Production of Tritium Program
射频（RF）窗口历来是加速器的输入功率耦合器中发生故障的点。为了进一步了解高功率射频窗的可靠性，对加速器氚生产（APT）计划的低能示范加速器（LEDA）项目的700 MHz同轴射频窗进行了寿命测试。由Marconi Applied Technologies（前身为EEV）制造的RF窗在800 kW下进行了长时间测试。监测反射功率、真空度、空气出口温度和表面温度随时间的变化。总结了寿命测试的结果。
2000-08-21 physics.acc-ph
Medium-Grain Niobium SRF Cavity Production Technology for Science Frontiers and Accelerator Applications
本研究提出从锻造退火坯料直接切片制备亚毫米级中晶粒铌圆片的低成本方法，验证了其洁净表面与可靠力学性能，探讨了其在科学（脉冲模式高场梯度）与工业（连续波模式高Q0值）前沿粒子加速器中的应用前景。
2022-03-11 physics.acc-ph
Novel ASTA Users Facility At Fermilab: A Testbed For Superconducting RF Technology And ERL R&D
目前正在费米实验室调试的高级超导测试加速器（ASTA）将使广泛的基于束流的实验能够研究束流强度的基本限制，并开发粒子束产生，加速和操纵的变革性方法。ASTA结合了一个超导射频（SRF）直线加速器，耦合到一个光电注入器和能够存储电子或质子的小周长存储环。ASTA将为能源前沿设施的研发建立一个独特的资源，并为SRF加速器和高亮度光束应用（包括ERLs）建立一个测试平台。ASTA的独特之处包括：（1）高重复率，（2）美国最高的峰值和平均亮度之一，(3)一个GeV级的束流能量，（4）一个非常稳定的束流，（5）SRF和高质量束流的可用性，以及（6）一个存储环能够支持广泛的环为基础的先进的束流动力学实验。这些独特的功能将促进先进加速器研发的广泛计划，这在其他地方无法进行。我们描述了ASTA及其实验计划，特别强调了与ERL相关的加速器研发机会。
2014-09-19 physics.acc-ph
Calculation of the temporal structure for a pulsed slow positron beam based on superconducting accelerator
Henan Academy of Sciences（河南省科学院）；Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）
本文建立Geant4蒙特卡罗模拟与正电子扩散理论耦合的计算模型，评估超导加速器产生的脉冲慢正电子束在慢化过程中的时间展宽，结果显示经钨箔慢化后初始展宽约320皮秒，可直接用于正电子湮没寿命测量。
2026-09-30 physics.acc-ph
Motivation and Development of a Compact Superconducting Accelerator for X-ray Medical Device Sterilization
费米实验室正在开发一种紧凑型超导CSRF加速器，作为高功率、高能量电子束的来源，以产生与钴-60的$\geq$ 2 MCi相当的X射线束。作为这项开发的一部分，我们目前正在组装一个20千瓦，1.6兆电子伏的原型，其中包括四个使能技术如下所述。这些技术支持的热预算在市售低温制冷机的能力范围内，并消除了对液体制冷剂的需求。超导技术的使用保证了80%或更高的效率，从墙上插头到光束。将提供迄今为止的设计和进度摘要。此外，我们还将对医疗器械灭菌行业的发展进行回顾，这些发展推动了该技术的发展。
2022-09-08 physics.acc-ph physics.med-ph
Calculation of High-current Linear Proton Accelerator for the Energy of 80 MeV
本文研究了质子束在螺旋波导中脉冲加速的可能性。加速器中质子束的径向聚焦是通过超导螺线管产生的10特斯拉的磁场来实现的。
2017-03-23 physics.acc-ph
Ion Sources for Production of Highly Charged Ion Beams
在重离子加速器设施中，来自注入器和电荷增殖器离子源的强高电荷离子束（HCIB）被需要用于扩展粒子和核物理的研究以及用于辐射效应测试。随着当前加速器的升级和加速器技术的进步，现有的离子源并不能满足所有的HCIB需求。因此，在这一领域的持续研究和开发（R&D）对于不断提高其性能并满足加速器社区前所未有的和越来越高的HCIB要求至关重要。本白皮书讨论了目前HCIB离子源的生产能力，以及未来高电荷离子（HCI）源的潜力。它讨论了这些源的优点和缺点，以及改进其性能以满足当前和未来重离子加速器设施的要求的途径。本文件旨在作为指导未来加速器概念设计的基础。
2022-05-25 physics.acc-ph
Superconducting Low-beta Nb$_3$Sn Cavity for ATLAS and Future Ion Accelerators
本研究开发了一款用于ATLAS及未来离子加速器的Nb₃Sn镀膜低β超导射频腔，射频损耗较同频铌腔低一个数量级，峰值表面磁场达105 mT，并解决了脆质Nb₃Sn腔的机械调谐难题。
2025-10-03 physics.acc-ph
The Fast Linear Accelerator Modeling Engine for FRIB Online Model Service
像FRIB这样的大型加速器设施的调试需要在线束流动力学模型的支持。考虑到FRIB新的物理挑战，如非轴对称超导RF腔的建模和多电荷态加速，没有现成的在线束流调谐程序。FRIB超导直线加速器的设计程序IMPACT-Z由于其程序设计和运行速度等原因，不适合在线调试。因此，快速直线加速器建模引擎（FLAME），专门设计，以满足FRIB的在线建模的挑战，提出。详细讨论了FLAME的物理模型，特别是采用基于多极展开的薄透镜反冲模型对非轴对称超导RF腔体进行建模的新方法，给出了与FRIB设计代码的基准测试结果，并给出了FLAME的软件设计策略和执行速度。
2016-11-14 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
Large Superconducting Magnet Systems
在过去的几十年里，加速器中能量的增加导致了用于加速器和相关探测器的超导磁体的设计。Nb-Ti超导材料的使用允许偶极场与常规磁体中的2 T的最大场相比增加高达10 T。也可以增加检测器中的粒子的场弯曲和由磁体产生的场弯曲。新材料，如Nb 3Sn和高温超导体（HTS）导体，可以为13-20 T范围内的更高磁场开辟道路。最新一代产生热等离子体的聚变机器也使用大型超导磁体系统。
2015-01-28 physics.acc-ph
Modelling Tritium Production and Release at High-Energy Proton Accelerators
本研究构建简化模型并结合 FLUKA、MARS、PHITS 与半经验扩散模型，估算并比较费米实验室设施中氚的产生及材料释放量，以支持监管控制和靶材料优化。
2025-07-24 physics.acc-ph
Simulations of slow positron production using a low energy electron accelerator
对高能电子与固体靶相互作用产生慢正电子的过程进行了蒙特卡罗模拟。模拟的目的是确定预期的慢正电子束强度从低能量，高电流电子加速器。通过模拟钽电子-正电子转换器的快正电子产生和正电子在钨慢化剂中的深度沉积分布，估算了每个入射电子的慢正电子产生几率。将计算结果归一化到目前AIST LINAC的实测慢正电子产额，确定了作为能量函数的预期慢正电子产额。对于能量为5 MeV（10 MeV）和电流为240 $μ$ A（30 $μ$ A）的电子束，预测了强度为5 $\times$ 10 $^{6}$ s $^{-1}$的慢正电子束的产生。该模拟还计算每个电子在转换器中沉积的平均能量，允许在给定的电子能量和电流下估计射束加热。对于低能量、高电流操作，可获得的最大正电子束强度将受到该束加热的限制。
2011-05-10 physics.acc-ph
Design Parameters and Commissioning of Vertical Inserts Used for Testing the XFEL Superconducting Cavities
欧洲XFEL是一个新的研究设施，目前正在德国汉堡地区的DESY建设中。从2015年起，它将产生极强的X射线闪光，供世界各地的研究人员使用。超导XFEL直线加速器由100个加速器模块组成，内部有800多个RF腔。加速器模块、超导磁体和腔体将在加速器模块测试设施（AMTF）中进行测试。本文概述了AMTF大厅两台低温恒温器（XATC）中垂直插入件的设计参数和调试情况。插入件用作4个九室腔的固定器。这使得可以并行地将4个腔冷却到2K，从而减少测试时间。将对每个腔体单独进行以下射频测量（选择作为质量检查）。之后，腔体将再次预热，并将被发送到加速器模块组件。
2013-06-26 hep-ex physics.acc-ph
Ultra-high quality factors in superconducting niobium cavities in ambient magnetic fields up to 190 mG
环境磁场，如果被困在穿透深度，导致剩余电阻，因此设置的限制，可实现的品质因数超导铌谐振器的粒子加速器。在这里，我们表明，完全驱逐的磁通量可以执行，并导致：1）记录品质因数$Q > 2\times10^{11}$高达22 MV/m的加速梯度; 2）$Q\sim3\times10^{10}$在2 K和16 MV/m的高达190 mG的磁场。这是通过冷却期间正常/超导相前沿处的大的热梯度来实现的。我们的研究结果开辟了一条在低温下实现超高品质因数的途径，并显示了现代超导加速器中实施的复杂磁屏蔽的替代方案。
2014-10-29 physics.acc-ph
Radiation Shielding Analysis for the PIP-II Linac at Fermilab
质子改进计划II（PIP-II）[1]是费米实验室开发的，为实验室的实验提供强大的质子束。一个800兆电子伏的超导直线加速器-该项目的核心-目前正在建设中的巴达维亚，伊利诺伊州（美国）。完成后，超导直线加速器将成为费米实验室长基线中微子设施（LBNF）所需的1.2 MW（第1阶段）和2.4 MW（第2阶段）质子束的起点[2]。由于在加速器部件中不可避免地损失一部分束流，在正常运行和事故期间，在加速器隧道中将产生一定水平的辐射。本文研究加速器装置的辐射屏蔽设计。
2023-01-19 physics.acc-ph
Advances in MgB$_2$ Superconductor Applications for Particle Accelerators
2001年发现的MgB $_2$超导体具有二硼化镁独特的化合物特性，与NbTi超导体相比，具有更高的临界温度和临界场。由于其在高温操作中的优越能量平衡以及由于较高的临界温度和热容而具有的优异稳定性和操作裕度，其应用正在扩大。本文综述了MgB $_2$在粒子加速器超导输电（超导链路）和超导磁体领域的应用进展，并简要讨论了其未来的发展前景和改进方向，如抗辐射问题和低成本的制造，以获得更广泛的应用和产业化。
2022-02-17 physics.acc-ph physics.app-ph
Cavity types
在粒子加速器领域中，射频腔最常见的用途是增加穿越粒子的粒子速度。这一特性使它们成为每个加速器的核心成分之一，在直线加速器中，它们甚至是主要的机器部件。由于存在许多不同类型的加速器，因此已经针对不同的目的和不同的能力对RF腔进行了优化，例如，具有固定或可变RF频率的腔、用于短或长脉冲/CW操作的腔、超导和正常导电腔。本讲座首先简要介绍了历史，并解释了如何从麦克斯韦方程组到一个简单的腔。然后，空腔将被分类的模式，用于加速的类型，并解释为什么某些模式被用于特定的空腔类型。讲座结束时将比较正常与超导腔和几句话的超导腔的实际功耗。
2011-11-21 physics.acc-ph
Electromagnetic Characteristics of a Superconducting Magnet for 28GHz ECR Ion Source according to the Series Resistance of a Protection Circuit
一种称为RAON的直线加速器，作为基础科学研究所（IBS）稀有同位素科学计划（RISP）的一部分正在开发[1]。该直线加速器利用电子回旋共振（ECR）离子源来向该直线加速器提供强烈的高电荷离子束。28GHzECR离子源可以引出质子到铀的重离子束流。28GHz ECR离子源的超导磁体系统由六极线圈和四个螺线管线圈组成，线圈采用NbTi低Tc超导线材[2]。超导磁体在正常状态和失超状态下，由于磁场和电流的作用，电磁力作用在超导磁体上[3]。当六极线圈失超时，六极线圈之间会产生不平衡的流动电流，从而产生不平衡的电磁力。由于六极线圈间的电磁力不平衡，失超状态下线圈的运动和应变比正常状态下的大。因此，应根据失超保护电路的串联电阻对28GHz ECR离子源超导磁体的电磁特性进行分析。本文采用有限元法（FEM）对28GHz ECR离子源超导六极线圈在失超时保护电路串联电阻的电磁特性进行了仿真分析。
2015-08-11 physics.acc-ph
Influence of material parameters on the performance of niobium based superconducting RF cavities
研究了铌基超导射频腔性能受材料参数的影响，发现纯度规范可能过于严格，且低纯度材料可适用于特定应用。
2018-02-05 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
