Uncertainty Quantification for Virtual Diagnostic of Particle Accelerators
虚拟诊断（VD）是一种基于深度学习的计算工具，可用于预测诊断输出。VD在测量输出是侵入性的、有限的、昂贵的或有改变输出的风险的系统中特别有用。给定一个预测，有必要传达该预测的可靠性，即量化预测的不确定性。在本文中，我们使用集成方法和分位数回归神经网络，探索不同的方法来创建和分析预测的不确定性的实验数据从直线加速器相干光源在SLAC国家实验室。我们的目标是准确和自信地预测电流分布或纵向相空间图像的电子束。在不确定性下做出明智决策的能力对于在安全关键系统（如粒子加速器）上可靠部署深度学习工具至关重要。
2021-05-10 physics.acc-ph
Machine Learning Based ROI Segmentation for Beam Imaging Diagnostics at Accelerators
Indian Institute of Technology Jodhpur（印度理工学院乔德普尔分校）
针对传统束流感兴趣区域检测方法在非理想束流轮廓下可靠性不足的问题，开发机器学习方法实现像素级ROI识别，提升了挑战性条件下的鲁棒性与准确性，可应用于各类加速器的束流成像诊断。
2026-08-28 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
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
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
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
Introduction to Beam Instrumentation and Diagnostics
这些讲座的目的是描述用于测量粒子加速器中束流参数的仪器和方法。重点将放在加速器仪器的每个领域的新的检测和分析技术。一个明确的区别是“仪器”，仪器本身的设计和建设，和“诊断”，使用这些仪器的数据运行和提高加速器的性能。
2016-01-19 physics.acc-ph
Conceptual design of electron beam diagnostics for high brightness plasma accelerator
基于X-能带结构和等离子体加速器级的高亮度直线加速器诊断的设计研究已经在EuPRAXIA@ Escherichia_LAB项目的框架内交付。在本文中，我们提出了一个概念设计的诊断，使用最先进的系统和新的和正在开发的设备。Single Shot测量对于等离子体加速束是优选的，包括发射度，而分别要求$μ$ m级和fs级束尺寸和束团长度。将驱动脉冲（激光或光束）与见证加速聚束分离的需要对诊断施加了附加约束。我们计划在等离子体助推器的末端使用电子感应加速器辐射测量发射度，而其他单次发射方法必须在实施之前得到证明。纵向测量，在任何情况下都不是微不足道的fs级聚束长度，似乎已经有更广泛的可能性。
2018-02-14 physics.acc-ph
Advanced Control Methods for Particle Accelerators (ACM4PA) 2019 Workshop Report
洛斯阿拉莫斯目前正在开发新的粒子加速器控制和诊断算法，以实现比目前可能的更高质量的光束和更低的光束损失。这次研讨会的目的是考虑各种粒子加速器的调整和优化挑战，包括线性质子加速器，如洛斯阿拉莫斯中子科学中心（LANSCE），环，如先进光子源（APS）同步加速器，自由电子激光（FEL），如直线加速器相干光源（LCLS）和LCLS-II，欧洲X射线自由电子激光（EuXFEL），瑞士自由电子激光，以及计划中的MaRIE FEL和等离子体尾场加速器，如欧洲核子研究中心的FACET、FACET-II和AWAKE。一个主要的挑战是快速创建非常高质量、非常强烈的定制电流和能量轮廓射束的能力，同时与有限的实时非侵入性诊断一起工作，并利用时变的不确定初始射束分布和加速器部件。目前，一些单独的加速器实验室已经开发和应用了自己的诊断工具和自定义控制和机器学习算法，用于自动化机器调整和优化。本次研讨会的目标是汇集一组加速器物理学家和加速器相关的控制和ML专家，以定义哪些控制和诊断对现有和未来的加速器最有用，并制定一个计划，开发一个可以由社区共享和维护的新算法家族。
2020-01-15 physics.acc-ph
Bunch Length Diagnostics: Current Status and Future Directions
带电粒子束团长度检测是粒子和加速器物理中最具挑战性的测量之一，特别是当束团长度减少到几十飞秒以下时。由于这些测量在高能电子加速器和具有超短电子聚束的设备中是最关键的-例如等离子体尾场和相关加速器-因此讨论仅限于电子聚束探测，尽管结果显然对任何超相对论粒子聚束都有意义。
2020-05-12 physics.acc-ph
The Conversion of CESR to Operate as the Test Accelerator, CesrTA, Part 3: Electron Cloud 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，电子和正电子都使其成为研究广泛的加速器物理问题和与当前光源和未来轻子阻尼环相关的仪器的理想选择。此外，其中一些也与质子加速器的束流物理有关。本文是描述CESR转换为测试加速器CesrTA的四篇文章中的第三篇。前两篇论文讨论了将储存环转换为能够研究高级加速器物理问题的仪器的总体计划以及真空系统升级的细节。本文着重于必要的发展，新的仪器，位于四个专门的实验区，能够研究等现象，如电子云（EC）和方法，以减轻EC的影响。本系列的第四篇论文描述了超导摇摆器的真空系统改造，以适应摇摆器内EC行为研究的诊断仪器。虽然CesrTA最初的研究集中在与国际直线对撞机阻尼环设计相关的问题上，但CesrTA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。
2016-03-31 physics.acc-ph
Conditional Guided Generative Diffusion for Particle Accelerator Beam Diagnostics
本文提出一种基于条件扩散模型的非侵入式虚拟诊断方法，用于以兆像素分辨率重建电子束纵向相空间，并在欧洲XFEL实验数据上验证其生成能力。
2024-07-18 physics.acc-ph
Challenges in Accelerator Beam Instrumentation
介绍了当前和未来粒子加速器工程在束流测量和诊断方面所面临的挑战。给出了几个先进的强子和轻子束诊断的例子。
2009-12-08 physics.acc-ph physics.ins-det
Diagnostic Needs for Wakefield Accelerator Experiments
Wakefield加速器正在世界各地的许多实验室中开发。它们带来了高加速梯度的希望，比目前的机器高出几个数量级。加速器总长度的减少将为更广泛地使用这种机器铺平道路，用于工业，医疗，研究和教育目的。同时，所有的设备也必须减少，以保持机器的尺寸尽可能小。等离子体加速电子束诊断的两个主要挑战是用Single Shot技术测量6D相空间特性的能力和满足“桌面”设施要求的紧凑性。
2020-05-17 physics.acc-ph physics.ins-det
Diagnostics upgrades for investigations of HOM effects in Tesla-type SCRF cavities
我们描述了升级的费米实验室加速器科学与技术（FAST）的电子直线加速器的诊断能力，将允许调查的影响，高阶模式（HOM）在SCRF腔的宏脉冲平均光束质量。我们研究的偶极模式，在第一通带中通常观察到在1.6-1.9 GHz的制度TESLA型SCRF腔由于均匀的电子束横向束偏移。这种腔是加速器的基础，如欧洲XFEL和拟议的MaRIE XFEL设施。初步的HOM探测器数据，原型BPM测试数据，和第一分幅相机OTR数据与~20微米空间分辨率在250 pC每束。
2018-03-02 physics.acc-ph
Phase Space Reconstruction from Accelerator Beam Measurements Using Neural Networks and Differentiable Simulations
本文提出一种结合神经网络与可微粒子追踪的通用算法，无需专用诊断即可高效重建高维束流相空间分布，并在模拟与实验中验证了4D重建精度，为未来6D重建奠定基础。
2023-01-26 physics.acc-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
Recent studies on single-shot diagnostics for plasma accelerators at SPARC_LAB
等离子体尾场加速技术由于具有很高的加速梯度而成为最有前途的小型廉价加速器加速技术。然而，这种方法仍然遭受拍摄到拍摄的不稳定性，主要涉及到实验参数的波动。因此，需要使用Single Shot诊断来正确理解加速机制。在这项工作中，我们提出了两个诊断探测电子束从激光等离子体相互作用，一个依赖于电光采样（EOS）的激光固体物质相互作用，另一个基于光学渡越辐射（OTR）的Single Shot测量的等离子体加速电子束的横向发射度，都是在实验室测试设备。
2018-02-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Development of a Virtual EM Detector for the Advanced Particle Accelerator Modeling Code WarpX
在物理学研究中，粒子加速器是极有价值的，而且是非常昂贵的技术仪器。粒子加速器的高成本是由于使用射频腔体将粒子加速到高能量所需的巨大长度。激光驱动粒子加速是当前一个很有前途的研究领域，它有可能使粒子加速器的尺寸、成本和能耗降低几个数量级。为了理解和控制粒子在等离子体中的加速，研究人员一直在开发计算模型来模拟加速环境。在这些模型中，计算科学家引入了虚拟诊断，作为实验检测器的数字并行。使用WarpX \cite{Vay:2021}，一个先进的粒子在细胞的代码，模拟激光驱动的粒子加速，我们已经开发了一个虚拟诊断测量电磁辐射。这种辐射可以例如由散射和透射的激光束产生。该\textit{FieldProbe}诊断测量沿指定几何结构（线或平面）的一点或所有点处电场和磁场的单个场分量。此诊断程序使用消息传递接口（MPI）进行GPU加速和并行化，因此可以在NERSC等高性能计算中心上运行。
2022-10-24 physics.acc-ph
Modeling betatron radiation using particle-in-cell codes for plasma wakefield accelerator diagnostics
等离子体尾流场加速实验的特点，使用发射的光子从电子感应加速器辐射需要数值模型，在支持仪器的单发，双微分角能谱。相关实验的精确表征需要覆盖从几十keV到10~GeV的宽能量范围，具有$100 \;μ\text{rad}$量级的角分辨率。在本文中，我们提出了一个数值模型的电子感应加速器辐射的等离子体加速束，这是基于积分的Lienard Wiechert（LW）的潜力计算粒子轨迹。粒子的轨迹产生在三种不同的方式：第一，通过粒子跟踪通过理想化的领域在井喷制度的PWFA;第二，通过获得准静态粒子在细胞（PIC）代码QuickPIC的轨迹;和第三，通过获得轨迹从完整的PIC代码OSIRIS。我们用解析表达式和PIC代码EPOCH进行了各种基准测试，该代码使用Monte-Carlo QED辐射模型。最后，我们提出了模拟预期的电子感应加速器辐射的参数，从先进的加速器实验测试II（FACET-II）PWFA和等离子体光阴极实验。
2023-03-07 physics.acc-ph
Diagnostic and Detectors for Charging and Damage of Dielectrics in High-gradient Accelerators
该研究旨在解决介电尾场加速器中高重复率效应的分析和缓解问题，更具体地说，研究薄壁介电尾场加速器中的充电速率和电荷分布，以及用于此类加速器应用的介电材料中的导电性和放电现象的物理学。问题是电子束晕和强尾流场在电介质充电中所起的作用，可能导致电荷聚束的不期望的偏转和电介质材料的劣化。所开发的检测器是基于测量的复杂的电导率，这将出现作为一个瞬态现象，伴随着一个或多个电荷聚束的通道，通过观察的谐振微波腔的复导纳的变化，安装在周围的介电管。该检测器还可以检测材料的永久性损坏。在发展的初始阶段，微波装置的建立和信号处理的发展，用于观察时间依赖的电介质表面和/或等离子体位于或靠近薄壁中空电介质管的内表面的电子充电。三个频率被用来提高数据处理率和信噪比。将提供等离子体测试用例的测试和性能结果;特别是，测试单元的性能显示出检测介电常数约0.1%的微小变化的能力，这将对应于从通过的电荷束到腔体内的电介质衬垫的壁的仅0.3nC的刮除。
2015-10-19 physics.acc-ph
A diagnostic system of 5.7 keV muon beam for muon accelerator
University of Tokyo（东京大学）；High Energy Accelerator Research Organization（高能加速器研究机构）；Nagoya University（名古屋大学）；Kobayashi-Maskawa Institute for the Origin of Particles and the Universe, Nagoya University（名古屋大学小林-益川粒子宇宙起源研究所）；Okayama University（冈山大学）
针对低能缪子非破坏性诊断难题，开发了与J-PARC在建加速器兼容的紧凑型低能缪子诊断系统，可识别低能缪子信号并测量束流轮廓，为缪子加速器调谐提供支持。
2026-08-05 physics.acc-ph physics.ins-det
Design and diagnostics of high-precision accelerator neutrino beams
中微子振荡物理已经进入了一个新的精确时代，这对中微子束流的控制和诊断水平提出了重大挑战。在本文中，我们回顾了高精度光束的设计，它们目前的局限性，以及设想克服这些限制的最新技术。我们把重点放在“监测中微子束”和先进的诊断，以确定在百分之一的水平在源产生的中微子的通量和味道。我们还讨论了中微子能量的从头测量-即测量不依赖于事件重建在中微子探测器-以消除任何通量引起的偏见在确定的截面。
2021-03-13 hep-ex hep-ph physics.acc-ph
Beam Diagnostic Requirements: an Overview
束流诊断和仪器是任何类型加速器的重要组成部分。为了观察粒子束，需要测量各种各样的参数，以达到调整、操作和改进机器所需的精度。在第一部分中，从光束粒子的信息传输到检测器的基本机制进行了描述，以获得合适的性能特性的光束属性。然而，取决于加速器的类型，对于相同的参数，监视器的工作原理可能会有很大的不同，并且与之相关的还有对精度的要求。因此，在第二部分中，选择类型的加速器进行了描述，以说明特定的诊断需要，必须考虑到设计相关的仪器之前。
2020-05-17 physics.acc-ph physics.ins-det
Error analysis of linear optics measurements via turn-by-turn beam position data in circular accelerators
在过去的几十年里，世界上几乎所有的圆形加速器都开发、测试和实施了许多先进的技术来测量线性光学。然而，更大的可用性和准确性的光束诊断和线性磁晶格缺陷的更好的校正（β跳动在1%的水平和耦合在0.1%）正在达到什么似乎是不同的测量技术的内在准确性和精度。本文的目的是突出和量化，如果可能的话，一个标准的方法，谐波分析轮流光束位置数据的局限性。为此，新的解析公式的评价修改聚焦误差的晶格参数。这项研究的意外结论是，对于ESRF储存环（以及可能在超低耦合和类似诊断下运行的任何第三代光源），通过轨道光束位置数据测量和校正线性光学器件比逐圈数据分析更可取。
2018-04-17 physics.acc-ph
Advancing accelerator virtual beam diagnostics through latent evolution modeling: an integrated solution to forward, inverse, tuning, and UQ problems
Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
本文提出潜在演化模型（LEM），通过混合机器学习解决加速器虚拟束诊断中的正向、逆向、调优和不确定性量化问题。
2026-02-26 cs.LG 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
Fermilab PXIE Beam Diagnostics Development and Testing at the HINS Beam Facility
费米实验室正在计划建造X项目直线加速器的原型前端。X计划的注入器实验（PXIE）有望将1mA连续波H束加速到30MeV.该项目的一些主要目标是测试连续波整流器和H源、宽带逐束团束流斩波器和低能超导直线加速器。这种加速器的成功表征和操作对束线诊断提出了严格的要求。这些关键的束流测量包括束流电流、束流轨道、束流相位、束流长度、束流横截面和发射度、束晕和束尾以及宽带斩波器的消光性能。本文介绍了PXIE束流测量要求和仪器研制计划。还介绍了在费米实验室高强度中微子源（HINS）束设施测试其中许多仪器的计划。由于HINS已经是一个操作加速器，利用HINS进行仪器测试可以更快地开发所需的PXIE诊断。
2013-01-28 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
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
Synchrotron radiation based beam diagnostics at the Fermilab Tevatron
同步辐射作为电子加速器的束流诊断已经使用了很多年。它通常与质子加速器无关，因为辐射强度太弱，无法进行实际检测。然而，如果利用源自弯曲磁体的边缘附近或来自短磁体的辐射，则快速变化的磁场用于增强比截止波长更短的波长，对于诸如费米实验室的Tevatron之类的最近的高能质子加速器，截止波长往往是可见光。本文讨论了两种设备的Tevatron的实现。横向束流剖面监测器分别对来自质子束和反质子束的同步辐射成像，并提供每个束流的剖面数据。第二个监视器测量中止间隙中的低水平束流强度，这对加速器的超导磁体和高能物理实验的硅探测器都构成了危险。比较的测量从轮廓监测器的测量飞线轮廓系统的应用程序的配置文件和中止间隙强度测量的Tevatron束流动力学建模的一些例子。
2011-09-15 physics.acc-ph physics.ins-det
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
Preliminary Measurements for a Sub-Femtosecond Electron Bunch Length Diagnostic
随着电子束持续时间下降到飞秒和亚飞秒实现在当前国家的最先进的加速器，纵向聚束长度诊断与阿秒级的分辨率是必需的。在本文中，我们提出了这样一种新的测量装置，它结合了高功率激光调制器和RF偏转腔在正交方向。当激光器对光束施加强相关角调制时，RF偏转器确保整个聚束的这种条纹效应的完全分辨率，从而以亚飞秒分辨率恢复时间光束轮廓。最近在布鲁克海文国家实验室的加速器测试设施（ATF）进行了初步测量，以测试这一概念的关键组成部分，其结果在这里介绍和讨论。此外，一个可能的应用程序的新的加速器计划的技术进行检查的基础上与粒子跟踪代码优雅和我们的光束轮廓重建工具的模拟。
2018-02-13 physics.acc-ph physics.ins-det
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
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
Betatron emission as a diagnostic for injection and acceleration mechanisms in laser-plasma accelerators
激光等离子体加速器中的Betatron X射线发射是一种有前途的紧凑型源，可以替代传统的X射线源，基于大型机器。除了作为一个潜在的源，对电子感应加速器辐射的精确测量可以揭示关于相对论性激光-等离子体相互作用的重要信息。我们表明，发射长度和位置的X射线发射可以通过放置一个孔掩模靠近源，并通过测量束轮廓的电子感应加速器的X射线辐射远离孔掩模。X射线发射的位置给出了关于等离子体波破碎的信息，从而给出了关于激光非线性传播的信息。此外，纵向延伸的测量有助于确定加速度是否受到泵耗尽或失相效应的限制。在多次进样的情况下，它用于明确检索每次进样在血浆中的位置。这种技术也被用来研究如何，在毛细管放电，放电和激光脉冲之间的延迟的变化影响的相互作用。该研究表明，对于适合激光引导的延迟，X射线发射仅发生在毛细管的后半部分：在前半部分没有电子注入和加速。
2012-11-22 physics.acc-ph physics.plasm-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
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
