Multilayer coating for higher accelerating fields in superconducting radio-frequency cavities: a review of theoretical aspects
综述了超导体-绝缘体-超导体（S-I-S）多层结构在超导加速腔中的应用理论。讨论了理论场限、最佳层厚和材料组合以及表面电阻。对S-S双层结构的研究也作了评述。
2016-11-20 physics.acc-ph
N-doped surfaces of superconducting niobium cavities as a disordered composite
通过在N2气氛下进行特殊的热处理（N掺杂），可以显著提高超导加速腔的Q因子。费米国家实验室最近的实验研究了Q对RF频率的依赖性，出乎意料地，随着RF场幅度的增加和减少。本文将解释这一发现，通过扩展先前提出的模型建立在两个流体模型的RF损耗，渗流和邻近效应在无序复合材料。
2018-06-06 physics.acc-ph
Shielding Studies for Superconducting RF Cavities at Fermilab
本文介绍了一种半经验方法，它使我们能够预测超导射频腔中产生的场发射强度。用FISHPACT程序计算了产生的辐射的空间、角和能量分布。蒙特卡罗程序MARS 15用于模拟物质中的辐射输运。在费米实验室垂直测试设备的ILC型腔加速梯度高达35 MV/m的剂量率测量的比较，以及。
2012-02-07 physics.acc-ph
Tuning of Multicell Superconducting Accelerating Cavities using Pressurized Balloons
多腔超导加速腔的塑性调谐是粒子加速器腔研制过程中的关键环节。腔体在排列在低温恒温器串中之前，必须满足关于操作模式频率、场平坦度和偏心率的严格要求。在用氦容器装饰裸腔之后，焊接容器防止进入单个腔室，从而不允许任何进一步的局部调谐。目前，除了切割血管然后调整裸腔并将其修整回来之外，没有直接的方法来调整修整的腔，这将显著影响成本和进度。在本文中，我们提出了一种新的调谐技术已经夹套腔，是非侵入性和成本效益。所提出的方案采用加压气球暂时部署在腔体内作为一种手段，以局部化特定细胞中的机械变形。所提出的调谐技术被成功地利用，以恢复一个9细胞的1.3 GHz泰斯拉式腔。
2022-01-26 physics.acc-ph
The transient behavior of superconducting multi-cell accelerating cavities
Thomas Jefferson National Accelerator Facility（托马斯·杰斐逊国家加速器设施）
本文通过多腔腔体的等效电路模型研究其暂态行为，揭示多腔与单腔模型的差异，并分析制造不完美性带来的容差问题。
2026-02-26 physics.acc-ph
Superconducting versus normal conducting cavities
高功率强子直线加速器最重要的问题之一是超导或室温运行技术的选择。对特定技术的偏好取决于几个参数，例如束能量、束电流、束功率和占空因数。这一贡献给出了超导和正常的导电腔之间的比较的概述。这包括基本射频（RF）参数、设计标准、限制、所需的RF和插头功率以及案例研究。
2013-03-26 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
Simulations of real-time system identification for superconducting cavities with a recursive least-squares algorithm
本研究模拟了递归最小二乘算法用于超导腔带宽与失谐的实时辨识，基于ESS双 spoke 腔参数，并给出信噪比表达式以评估算法适用性。
2023-11-20 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
Nitrogen and argon doping of niobium for superconducting radio frequency cavities: a pathway to highly efficient accelerating structures
我们报告了一种表面处理，系统地提高了铌射频腔的品质因数，超过了铌的预期极限。在氮气或氩气的分压下退火和随后的铌腔表面的电抛光的组合导致微波表面电阻的前所未有的低值，并且加速结构的效率提高到3倍，减少了脉冲和连续占空比的超导腔的低温负载。场的表面电阻的依赖性是相反的相比，standardized处理的铌。
2013-06-24 physics.acc-ph
A Study of Beam Alignment Based on Coupling Modes in Third Harmonic Superconducting Cavities at FLASH
本文研究了基于束流激发高阶模（HOM）的加速腔中的束流准直。在横向HOM中，偶极模具有主要贡献，并且可能对光束质量具有不利影响。由于它们线性地依赖于横向光束偏移，因此可以通过在腔中对准光束来减小它们的影响。本文对安装在FLASH ACC 39组件中的四个三次谐波超导腔进行了研究。在移动光束和搜索最小激发HOM功率的同时，监测具有强光束耦合的模式。
2011-11-15 physics.acc-ph
High-Field Q-slope Mitigation due to Impurity Profile in Superconducting Radio-Frequency Cavities
在这项研究中，我们提出了新的见解的起源超导射频腔的高场Q斜率。用连续的氢氟酸冲洗来探测射频性能作为低温氮注入制备的两个超导体铌腔的材料去除的函数。研究表明，氮气注入仅影响天然氧化物层下方的前几十纳米。电抛光腔的典型高场Q斜率行为在十几次氢氟酸冲洗后确实完全恢复。作为材料去除的函数的高场Q-斜率的再现通过伦敦的局部描述的超导体中的屏蔽电流建模，返回良好的拟合的实验数据，并建议间隙杂质层的扩散长度的顺序，以几十纳米可以减轻高场Q-斜率。
2020-07-28 physics.acc-ph
Comment on the "Decrease of the surface resistance in superconducting niobium resonator cavities by the microwave field"
在最近的出版物[Appl. Phys. Lett. 104，092601（2014）] Ciovati等人声称：1）在我们的原始工作中忽略了热效应[*]; 2）在氮掺杂腔中$T=2$ K处$Q$的增加高达约$B\sim$ 100 mT，这仅仅是在非掺杂腔中观察到的扩展的低场$Q$斜率，这进一步归因于表面电阻的“BCS”分量的降低。在这里，我们表明，这两种说法都是错误的，Ciovati等人的结论是不正确的。[*] A. Romanenko和A. Grassellino，Appl. Phys. Lett. 102，252603（2013）
2014-05-12 physics.acc-ph
Improved surface treatment of the superconducting TESLA cavities
建议的线性电子-正电子对撞机TESLA是基于1.3 GHz超导铌腔粒子加速。对于500 GeV的质心能量，需要23.4 MV/m的加速场，这通过化学蚀刻的铌表面制备可靠地实现。升级到800 GeV的对撞机需要改进的腔制备技术。在本文中，结果上的单细胞腔，这表明高达40 MV/m的字段是可访问的电解抛光的腔的内表面。
2004-01-27 physics.acc-ph
On superconducting niobium accelerating cavities fired under N2-gas exposure
在各种加速器实验室中积极研究Q值对RF场（Q斜率）的依赖性。虽然已经找到了治疗这种依赖的方法，但其物理原因仍然不清楚。一个相当简单的双流体模型描述的Q-斜率在低和高场域的重点是最近实验确定的改善Q值的所谓的“N-掺杂”。
2015-05-28 physics.acc-ph
First Attempts in Automated Defect Recognition in Superconducting Radio-Frequency Cavities
超导腔的内表面对获得最高的加速场起着至关重要的作用。欧洲X射线自由电子激光（EXFEL）和国际线性对撞机（ILC）HiGrade研究项目的腔体工业制造允许通过标准化程序对不同腔体上的大样本进行这种相互作用的调查。为了进行内表面的系列检测，构建了光学检测机器人OBACHT，并开发了图像处理和分析代码，以分析内表面图像中表示的大量数据。得到了描述腔面的新变量。使用这些变量和图像自动检测缺陷的两种方法已经实施和测试。此外，一个基于决策树的方法分类缺陷自由表面关于其加速性能进行了测试，发现是物理上有效的。
2019-06-18 physics.acc-ph
Real-time system identification of superconducting cavities with a recursive least-squares algorithm: closed-loop operation
本文模拟递归最小二乘算法，在低电平射频控制下实时辨识超导腔的带宽与失谐量，并分析其收敛性和渐近行为。
2023-08-29 physics.acc-ph
Medium-temperature furnace bake of Superconducting Radio-Frequency cavities at IHEP
最近，在250 ℃和500 ℃之间的热处理已被尝试用于改善FNAL和KEK的超导射频腔的品质因数。在IHEP也进行了这种中温（中T）烘烤的实验。首先，在小型炉中对11个1.3GHz单胞腔进行了不同温度的处理。当梯度为16 MV/m时，平均品质因数达到3.6E ~（10）。然后，在一个新的大熔炉中，将中T炉300 ℃烘烤3小时的配方应用于六个1.3GHz的9腔。当梯度为16 MV/m时，平均品质因数达到3.8E ~（10）。
2020-12-09 physics.acc-ph
Influence of Furnace Baking on Q-E Behavior of Superconducting Accelerating Cavities
超导射频腔的性能取决于铌的表面状态。近年来，人们研究了各种热处理方法以获得前所未有的高品质因数（Q）和高加速场（E）。我们报道了一种新的烘烤工艺，称为炉烘烤的1.3 GHz SRF腔的Q-E行为的影响。炉内烘烤作为腔体表面处理的最后一步进行;腔体在真空炉中加热3 h，然后进行高压冲洗和射频测量。这种方法比以前报道的热处理方法更简单，可能更可靠，因此更容易应用于SRF腔。结果表明，在300 ~ 400 ℃的温度范围内炉烧后，品质因数增大，而在600 ~ 800 ℃的温度范围内炉烧后，高加速场下的品质因数显著减小。我们发现不同加工温度下的表面电阻存在显着差异。
2021-01-28 physics.acc-ph
Eigenmode Simulations of Third Harmonic Superconducting Accelerating Cavities for FLASH and the European XFEL
三次谐波九细胞腔（3.9 GHz）的FLASH和欧洲XFEL进行了研究，使用计算机代码CST微波工作室进行模拟。本文研究了理想腔体中双极、偶极、四极和六极模的能带结构。比较了九胞结构和腔中胞结构的高阶模。计算了这些本征模的R/Q。
2012-06-13 physics.acc-ph
Reply to "Comment on the 'Decrease of the surface resistance in superconducting niobium resonator cavities by the microwave field'"
在最近的评论[arXiv：1405.2978v1（2014）] Romanenko和Grassellino对我们的工作[Appl. Phys. Lett. 104，092601（2014）]，并归咎于我们没有提出的错误观点。在这里，我们表明，Romanenko和Grassellino的主张是基于对我们的信的误解和他们早期工作中不充分的数据分析[*]。[*] A. Romanenko和A. Grassellino，Appl. Phys. Lett. 102，252603（2013）
2014-05-18 physics.acc-ph
RF regulation with superconducting cavities and beam operation using a frequency shifted cavity
DESY的自由电子激光FLASH和欧洲的XFEL是用超导射频腔工作的，并为几个用户实验提供束流。实验之间的切换时间限制在几十微秒。这篇文章将展示一个频率偏移的超导腔的调节，以操纵和改变电子束团的加速性能与250 KHz.The主要挑战的概念中提出的贡献可以概括在这个声明：找到一种方法来调制单个聚束的能量在一个单一的源多腔计划的潜在CW升级的EuXFEL。
2022-01-17 physics.acc-ph
Development of Fundamental Power Coupler for C-ADS Superconducting Elliptical cavities
5-中国加速器驱动次临界系统中能段的主直线加速器选用了单元椭圆腔。每个腔体由一个基波功率耦合器驱动，提供高达150 kW的RF功率。设计了一种同时满足高功率、10级洁净室要求的单窗口同轴耦合器。本文详细介绍了该耦合器的射频设计、外Q值计算、热分析以及次级碰撞模拟。
2017-03-07 physics.acc-ph
Efficient expulsion of magnetic flux in superconducting RF cavities for high $Q_0$ applications
即使在外部磁场的存在下冷却通过其转变温度，超导体也可以排出几乎所有的外部磁通量。这封信提出了一个实验研究，以确定最强烈的影响冷却过程中在高纯铌磁通捕获的参数。这对于超导射频腔的操作是至关重要的，其中捕获的通量降低了品质因数，因此降低了低温效率。通量驱逐测量上的1.3 GHz的腔制备在各种方式的大调查。结果表明，空间热梯度和高温处理是关键的驱逐外部磁场，而表面处理的影响很小。首次证明了炉内处理可以使空腔从不良的排液行为转变为强排液行为，从而使品质因数得到显著改善。未来的计划，以建立在这一结果，以优化治疗未来的蛀牙。
2016-02-13 physics.acc-ph
Critical Fields of Nb$_3$Sn Prepared for Superconducting Cavities
Nb $_3$ Sn是目前除铌之外最有希望用于未来超导射频腔的材料。在腔测试中，脉冲工作时的临界场超过120 mT，连续工作时的临界场约为80 mT。与从低场表面阻抗测量中提取的伦敦穿透深度得出的较低临界场相比，这是很大的。本文介绍了直接测量的伦敦穿透深度，由此导出了下临界场和过热场。在直流和射频场下测量了第一涡穿透场。结合的结果证实，Nb $_3$ Sn腔确实是操作在一个亚稳态以上的较低的临界场，但目前仅限于一个临界场远低于过热场。
2019-04-16 physics.acc-ph
Study of Beam Diagnostics with Trapped Modes in Third Harmonic Superconducting Cavities at FLASH
通过加速腔的离轴光束在其它高阶模（HOM）中激发偶极模。这些模式具有线性依赖于横向光束偏离腔轴。因此，它们可用于监测腔内的光束位置。FLASH的三次谐波超导腔的第五偶极通带具有捕获在每个腔中的模式，并且不通过相邻的束管传播，而大多数其他腔模式则通过相邻的束管传播。这可以实现在各个腔中的射束位置测量。本文研究了在三次谐波腔组件中使用第五偶极带进行光束准直的可能性。有和没有梁激励的模拟和测量。各种分析方法的使用和比较。观察到HOM信号与光束位置的良好相关性。
2011-09-10 physics.acc-ph
Magnetic Flux Dynamics in Horizontally Cooled Superconducting Cavities
以前的研究磁通量驱逐作为一个功能的冷却细节已经进行了超导铌腔与腔束轴平行放置的氦气冷却流，结果表明，足够的冷却热梯度，所有的磁通量可以驱逐和非常低的剩余电阻可以实现。在本文中，我们调查的磁通捕获和射频表面电阻的影响时，谐振器的位置垂直于氦冷却流，这是代表如何超导射频（SRF）腔在加速器中冷却。我们也将研究延伸到不同方向的外加磁场的共振器周围。结果表明，在空腔的水平配置有不同的影响，最终的表面电阻上的各种字段组件，并有几个参数被认为是了解通量动态。提出了一种新发现的腔顶部磁力线集中导致腔赤道温升的现象。
2015-04-17 physics.acc-ph
Automated Optical Inspection and Image Analysis of Superconducting Radio-Frequency Cavities
超导腔的内表面对实现最高加速场和低损耗起着至关重要的作用。为了对欧洲XFEL和ILC HiGrade研究项目的腔体制造中的100多个腔体的内表面进行调查，构建了光学检测机器人OBACHT。为了分析每个腔多达2325个图像，开发了一个图像处理和分析代码，并获得了描述腔表面的新变量。在分辨率为15.63 $μ\mathrm{m}$的情况下，该编码的精度可达97%，PPV可达99%。光学获得的表面粗糙度与标准轮廓测量方法一致。图像分析算法识别并量化了供应商特定的制造特性，如电子束焊接速度和由于不同化学处理而导致的不同表面粗糙度。此外，相关性的$ρ= -0.93$与$6\,σ$之间获得的表面变量和最大加速场的意义被发现。
2017-04-20 physics.acc-ph
The Superconducting TESLA Cavities
提出的线性电子-正电子对撞机TESLA的概念设计是基于9室的1.3 GHz超导铌腔的加速梯度Eacc >= 25 MV/m的品质因数Q 0> 5E+9。TESLA试验设施（TTF）直线加速器的空腔设计目标被设定为Eacc >= 15 MV/m的更适中的值。在第一系列的27个工业生产的TTF腔中，在Q 0 = 5E+9处测得的平均梯度为20.1 ± 6.2 MV/m，不包括少数具有严重制造或材料缺陷的腔。在24个TTF腔的第二次生产中，引入了额外的质量控制措施，特别是涡流扫描，以消除含有异物的铌板，并严格规定进行电子束焊接。在Q 0 = 5E+9时，这些空腔的平均梯度为25.0 ± 3.2 MV/m，但有一个空腔存在焊接缺陷。因此，仅需适度改进生产和制备技术，即可在足够的安全裕度下实现雄心勃勃的TESLA目标。在本文中，我们提出了一个详细的描述的设计，制造和准备的TESLA测试设备腔及其相关组件和报告腔性能的测试低温恒温器和电子束在TTF直线加速器。正在进行的研究与发展，朝着更高的梯度简要说明。
2000-03-04 physics.acc-ph
Achievement of 35 MV/m in the Superconducting Nine-Cell Cavities for TESLA
Tera Electronvolt超导直线加速器TESLA是唯一一个基于超导体技术进行粒子加速的直线正负电子对撞机项目。在第一级中，质心能量为500 GeV，超导铌腔的加速场为23.4 MV/m，超导铌腔的工作温度为2 K，品质因数Q 0为10的10次方。这种性能已经在TESLA试验设施（TTF）加速器的腔中可靠地实现。TESLA升级到800 GeV需要35 MV/m的加速梯度。使用通过电解抛光的改进的腔处理，已经可以在单电池谐振器中将梯度提高到35 - 43 MV/m。在这里，我们报告的电抛光技术的成功转移到多细胞腔。目前，四个九室腔已经达到35 MV/m，第五个腔可以被激发到39 MV/m。在两次大功率测试中，可以验证EP腔在焊接到氦低温恒温器和组装大功率耦合器之后保持其优异的性能。一个腔已经在TESLA-800梯度为35 MV/m下运行了1100小时，在36 MV/m下运行了57小时，而性能没有损失。
2004-02-23 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
Impact of geometry on the magnetic flux trapping of superconducting accelerating cavities
在现代加速器工程中，控制超导射频（RF）腔中的俘获磁通量是至关重要的。为了研究磁通俘获效率和表面电阻敏感性，对不同类型的低\b{eta}超导加速腔进行了专门的实验研究。即使在几乎完全捕获的条件下，我们发现，这些腔的几何形状的测量的磁灵敏度显着低于理论值预测的常用模型的基础上，当地的材料性能。这必须通过考虑在这样的腔形状的RF表面电流下的磁通捕获和磁通振荡的几何效应来解决。在本文中，我们提出了一种新的方法来卷积的几何形状的影响。我们指出了一个令人困惑的矛盾之间的样品测量和最近的腔实验，这导致了两个不同的假设来模拟振荡通量被困在腔表面。与椭圆腔中的温度映射研究相比，RF洛伦兹力对通量振荡的关键重新考虑有利于先前样品测量的结果，这表明腔内表面的法向分量的优先通量捕获。在此基础上，我们对实验结果建立了新的模型，解决了原有理论与实验数据之间的矛盾。
2021-05-14 physics.acc-ph
Updating the CSNS injector linac to 250 MeV with superconducting double-spoke cavities
为了将中国空间中子源（CSNS）二期的束流功率从100 kW提高到250 kW，将现有的80 MeV直线加速器注入器与RCS之间的80 m长束流传输线更换为另一种加速结构是重要措施之一。在本文中，我们提出了一种基于324 MHz双辐超导腔的方案。与超导椭圆腔和正常导电CCL结构不同，双辐腔属于TE模结构，其横向尺寸比TH模小。它可以作为DTL部分工作在基频，从而大大降低了射频系统的成本和复杂度，并且由于其较低的电荷密度和较大的纵向接受能力，束流动力学特性也得到了显著改善。此外，由于每个单元的带电粒子与电磁场之间的相互作用长度相对较长，因此与双频TH结构相比，它需要的单元数量相对较少，并且具有更大的速度接受能力。超导段由14个低温模块组成，每个模块包括3个超导腔和一个偶极子。讨论了腔和束流动力学设计的一般考虑，并给出了主要结果。
2014-05-02 physics.acc-ph
Realizing long radio-frequency quadrupole accelerators with multiple shorter and independent cavities
众所周知，长射频四极加速器的调谐要求很高。本研究探讨如何利用多个独立短腔来实现高效率的长腔体加速器。从RF的角度来看，使用较短的腔体具有许多优点，例如扩大的模式分离和简化的RF调谐，但是腔体之间的射束匹配将成为一个问题，特别是在高电流和低能量下。本文以一台长9米以上的强流加速器为例，介绍了在多级加速器中实现良好束流质量和高束流传输的设计思想和方法。
2020-03-25 physics.acc-ph
Narrow bandwidth active noise control for microphonics rejection in superconducting cavities at LCLS-II
LCLS-II是一种X射线自由电子激光（XFEL），于2022年投入使用，是世界上第一台连续波（CW）硬XFEL。为了将电子束加速到能量为$\SI{4}{\giga \eV}$，使用280个TESLA型超导RF（SRF）腔。使用$4 \times 10^7$的加载品质因数（$Q_L$）以几千瓦的功率水平驱动腔。对于该$Q_L$，RF腔带宽为32 Hz。因此，将腔谐振频率保持在这样的带宽内对于避免所需驱动功率的显著增加是必要的。在超导加速器中，谐振频率的变化是由腔体的机械颤噪振动产生的。颤噪噪声的一个来源是旋转机械，例如真空泵或HVAC设备。抑制这些干扰的一种可能方法是使用窄带有源噪声控制（NANC）技术。这些技术已经在DESY/CMTB和Cornell/CBETA进行了测试。本文介绍了一种适用于LCLS-II低电平射频（LLRF）控制系统的NANC控制器的实现。测试表明，拒绝LCLS-II颤噪干扰也提出。
2022-10-11 physics.acc-ph
Studies in Applying Machine Learning to LLRF and Resonance Control in Superconducting RF Cavities
在连续波（CW）模式下操作并且具有低束负载的超导射频（SRF）腔是以10 ^7量级的高负载品质因数和10 Hz量级的窄带宽为特征的器件。SRF腔的低水平RF（LLRF）和谐振控制系统成为整个系统操作的基本组件，并且通常对腔的振幅、相位和谐振频率具有非常严格的稳定性要求。微音效应在腔失谐中起着重要作用，这导致需要更多的功率来实现期望的梯度。利用压电作动器的主动控制方法减少SRF腔的失谐量已显示出良好的效果。此外，机器学习（ML）技术也显示出改善现有PID控制器的重要能力。具体来说，神经网络（NN）可以用来找到最佳的PID增益和改善传统的控制系统的性能。在这项研究中，我们开发了新的方法来改善现有的LLRF和谐振控制系统与ML作为一种工具，以找到最佳增益。我们调查这些方法使用LLRF控制系统LCLS-II。
2019-11-13 physics.acc-ph
Status of Higher Order Mode Beam Position Monitors in 3.9 GHz Superconducting Accelerating Cavities at FLASH
高次模（HOM）束流位置监测器（BPM）正在开发的3.9 GHz的三次谐波超导加速腔在FLASH。可以利用基于偶极分量的束激励HOM来确定腔中的横向束位置。用于HOM抑制的现有耦合器提供必要的信号。诊断原理类似于腔BPM，但在直线加速器上不需要额外的真空仪器。3.9 GHz腔体的HOM-BPM的挑战在于由低温模块ACC 39中的四个腔体中的大多数HOM的耦合引起的密集HOM频谱。使用频谱分析仪和具有各种数据分析技术的定制测试电子设备对具有特别有前途的诊断功能的HOM进行了评估，重点是数据简化。选择5GHz范围内的多腔模式，以提供整个模块上的全局位置，具有优异的分辨率（~20 μ m）而在9 GHz区域中的捕获模式提供了具有可比分辨率（~50 μ m）的每个腔中的局部位置。一个类似的HOM-BPM系统已计划用于欧洲XFEL 3.9 GHz模块，其中包括八个腔。本文综述了FLASH中3.9GHz腔HOM-BPM的研究现状和发展前景。
2013-05-22 physics.acc-ph
Some wakefield effects in the superconducting RF cavities of LCLS-II
对于LCLS-II，我们估计了SRF腔（包括三次谐波腔）和末端跃迁中产生的辐射尾场的功率。这种功率的大部分将通过并反射在包括直线加速器L1、L2或L3的低温模块串中。据推测，其中一些将被高阶模（HOM）耦合器吸收，或者被位于低温模块之间的较暖温度下的吸收器吸收。我们调查这些能量是从哪里产生的，但不调查它最终在哪里。因此，结果可以用作需要由冷冻系统去除的额外功率的悲观计算。最后，我们还估计-在所有的尾流功率最终在SRF壁的假设下-壁加热和库珀对打破在L3的程度，在那里的聚束是最强烈的。注意，这里所有的计算都是单束团效应，因此共振相互作用不包括在内。
2014-03-27 physics.acc-ph
A new method to measure the unloaded quality factor of superconducting cavities
本文提出一种基于递归最小二乘算法测量超导腔无载品质因数等参数的新方法，利用数字低电平RF系统数据实现快速渐近收敛，并配合新校准方法解决系统参数严容差问题。
2024-03-04 physics.acc-ph
The Rise of Ingot Niobium as a Material for Superconducting Radiofrequency Accelerating Cavities
由于杰斐逊实验室和铌制造商CBMM之间的合作，铌锭被探索作为超导射频（SRF）腔制造的可能材料。2004年，杰斐逊实验室制造并成功测试了第一个由大颗粒高纯铌制成的单电池腔。这项开创性的工作引发了世界各地其他SRF实验室的研究活动。大颗粒铌不仅成为一种有趣的替代材料，而且材料科学家和表面科学家也渴望参与这种材料的开发。这种材料的成本较低，并允许在相同的性能水平下在腔中进行较便宜的制造和处理程序的最初期望已经得到满足。由不同供应商的材料制成的许多单电池腔已经成功地进行了测试，并且几个多电池腔已经显示出与由标准多晶铌制成的最佳腔相当的性能。由Research Instruments制造并在DESY测试的几个9室腔体超过了性能最好的细颗粒腔体，其记录加速梯度为Eacc = 45.6 MV/m。最近，在JLab，通过使用一种新的炉处理程序，由铌锭制成的单电池腔在2K下以~20 MV/m的加速梯度以非常高的Q 0值（~5x10^10）进行。这样的性能水平将SRF技术推向了新的极限，并对未来的加速器产生了极大的兴趣。这篇文章回顾了铌锭技术的发展，并试图为这种材料成为未来加速器的选择提供一个案例。
2013-04-05 physics.acc-ph
Proximity breakdown of hydrides in superconducting niobium cavities
许多现代和未来的粒子加速器都依赖于由大块铌制成的超导射频腔作为初级粒子加速结构。这种腔的品质因数Q 0具有反常的场依赖性。高场退化-所谓的高场Q斜率-尚未解释，即使一个经验的治疗是已知的。在这里，我们提出了一个机制的基础上存在的邻近耦合铌酸盐，这可以解释这种效果。此外，同样的机制可以存在于任何涉及铌的表面敏感实验或超导设备中。
2013-01-13 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
Cooling Dynamics Through Transition Temperature of Niobium SRF Cavities Captured by Temperature Mapping
超导加速腔的冷却动力学对于在SRF腔中获得非常高的品质因数变得特别重要。已有的研究表明，腔体快速冷却时的品质因数比腔体缓慢冷却时的品质因子高。已经发现，这是由于在超导转变期间快速冷却允许更好的磁场排出的事实。在本文中，我们描述的第一个实验中，所有周围的腔的温度被映射在腔冷却过程中通过过渡温度，证明存在两种不同的过渡动力学：一个尖锐的超导正常的导电过渡在快速冷却过程中，有利于通量驱逐和成核相变在缓慢冷却过程中，这导致充分通量捕获。
2015-04-20 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
Scattering matrix simulations of fields and dispersion relations in superconducting cavities for XFEL and ILC
全球化级联散射矩阵技术是一种经过充分验证的实用方法，可用于模拟大型加速RF结构，其中实际制造误差将以有效的方式并入，而无需重新网格化整个几何结构。全球化散射矩阵（GMS）技术允许一个获得的散射矩阵的结构。该方法允许快速的e.m.现场计算结果。结果给出了从直接和解析方法计算的单模场和色散关系。文中还给出了膜片加载结构的等效并联磁阻的近似解析结果。
2008-10-15 physics.acc-ph
Accelerating fields up to 49 MV/m in TESLA-shape superconducting RF niobium cavities via 75C vacuum bake
在本文中，我们提出了一种新的表面处理应用于超导射频（SRF）铌腔的发现，导致前所未有的加速场49 MV/m的TESLA形腔，在连续波（CW），相应的峰值磁场是有史以来最高的CW测量，约210 mT。对于TESLA形状的腔，曾经达到的最大失超场为~45 MV/m -很少达到-最典型的值低于40 MV/m。这些值是通过电解抛光处理的铌表面达到的，然后进行所谓的温和烘烤，即120 ℃真空烘烤（对于细晶粒为48小时，对于大晶粒表面为24小时）。我们发现，在120 ℃之前，在75 ℃下温和烘烤几个小时的步骤中，系统地增加了淬火场，达到前所未有的49 MV/m的值。该结果的意义不仅在于相对的改进，而且在于证明铌表面可以承受和超过比Hc 1大得多的CW射频磁场，指出了电流场限制的非本征性质，因此指出了达到远远超过当前技术水平的加速场的潜力。
2018-06-26 physics.acc-ph
In Situ Plasma Processing of Superconducting Cavities at Jefferson Lab
杰斐逊实验室于2019年春季开始了等离子体处理项目。等离子体处理是从表面去除碳氢化合物的常用技术，其增加了功函数并降低了次级排放系数。与依赖于场发射体的离子轰击的氦处理不同，等离子体处理使用等离子体中产生的游离氧来分解腔体表面上的烃。以水、一氧化碳和二氧化碳形式存在的碳氢化合物残留物作为工艺气流的一部分从低温蒸发器中除去。工作的最初重点是通过将RF功率注入HOM耦合器端口来处理C100腔。然后，我们将通过将RF引入基本功率耦合器来开始研究C50腔的处理。该计划是在中期的未来开始在CEBAF隧道中处理低温模块，目标是改善直线加速器的运行梯度和能量裕度。这项工作将描述的系统和方法，在JLAB使用氩氧气体混合物处理腔。还将介绍等离子体处理前后的结果。
2022-04-06 physics.acc-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
Submacropulse Electron-Beam Dynamics Correlated With Higher-Order Modes In Tesla-Type Superconducting RF Cavities
本文报道了在TESLA型超导射频腔中，离轴电子束偏转产生的与高阶模（HOM）相关的亚宏脉冲束质心振荡的直接观测结果。实验是在费米实验室加速器科学与技术（FAST）设施使用其独特的配置的光阴极射频枪注入光束到两个独立的9细胞腔串联校正磁铁和光束位置监视器（BPM）位于之前，之间，和之后。在电荷为100、300、500和1000 pC/b、重复频率为3 MHz的微脉冲束中，观察到了垂直面~100 kHz和水平面~380 kHz的振荡，振幅高达600 μm。然而，在100 pC/b时，效果大大降低。测量是基于HOM检测器电路，目标是第一和第二偶极通带，射频BPM一束一束阵列数据，成像相机，和一个框架相机。计算再现了垂直情况下的现象的振荡频率。原则上，这些基本的结果可以缩放到主要的加速器设施的低温配置。
2018-07-11 physics.acc-ph
Design Topics for Superconducting RF Cavities and Ancillaries
射频超导已成为加速器科学的一个重要分支。加速器应用的数量和实验室的数量都出现了爆炸式增长。在这次会议上的第一个讲座，中科院提出了一个审查的基本设计原则，发展腔的几何形状，以加速光速粒子（$β$ = v/c ~ 1），移动到相应的设计原则，为中速（中- $β$）和低速（低- $β$）的结构。讲座包括机械设计主题。第二堂课讨论输入耦合器、带吸收器的高阶模提取耦合器以及慢调谐器和快调谐器。
2015-01-28 physics.acc-ph
Sensitivity of Niobium Superconducting Cavities to Trapped Magnetic Flux Dissipation
未来的粒子加速器，如SLAC“Linac Coherent Light Source-II”（LCLS-II）和康奈尔能量回收直线加速器（ERL），需要数百个以连续波（CW）模式运行的超导射频（SRF）腔。为了实现诸如此类的项目的经济可行性，腔必须实现非常高的固有品质因数（$Q_0$）以将低温损失保持在可行的限度内。为了在LCLS-II的情况下达到这些高的$Q_0$，已经提出了氮掺杂作为腔制备技术。当处理$Q_0$大于1 \e{10}时，环境磁场对$Q_0$的影响变得显著。在这里，我们表明，在一个腔的墙壁被困磁场的RF损耗的灵敏度是强烈依赖于腔的准备。具体地，标准电抛光和120个$^\circ$ C烘烤的腔体分别显示出对$\sim0.6$和$\sim0.8$ n $Ω$ /mG捕获的捕获磁通量的剩余电阻灵敏度，而氮掺杂的腔体显示出$\sim$ 1至5 n $Ω$ /mG捕获的灵敏度。我们发现，这种差异的灵敏度是直接相关的平均自由程的RF表面层的铌：较短的平均自由程导致较少的剩余电阻灵敏度被困磁通量在脏的限制（$\ell<<ξ_0$），而较长的平均自由程导致较低的灵敏度在清洁的限制（$\ell>>ξ_0$）。这些实验结果也被证明有很好的协议与最近的理论预测钉扎涡线振荡RF字段。
2015-11-24 physics.acc-ph
Effects of Interstitial Oxygen and Carbon on Niobium Superconducting Cavities
我们提出的结果，间隙氧和碳的影响，散装铌超导射频腔。先前的实验已经表明，高温（~800 $^\circ\text{C}$）氮掺杂在降低铌的RF穿透层中的电子平均自由程中起主导作用，这导致微波表面电阻的降低和随着加速梯度的增加抑制表面电阻的温度依赖性分量。在这项工作中，我们表明，氧和碳掺杂对腔性能有非常相似的影响，表明这些影响不是氮所独有的。用于引入间隙氧和碳的制备方法的优点在于，其在比高温氮掺杂更低的温度下进行，并且不需要后处理电抛光。
2017-01-31 physics.acc-ph
Ultra-Low Surface Resistance via Vacuum Heat Treatment of Superconducting Radiofrequency Cavities
我们报告的努力，以提高超导射频腔的性能，通过使用热处理的温度范围足以解离的自然表面氧化物。我们发现，残余电阻显着降低，我们发现一个意想不到的减少BCS电阻。在相对较大的加速场Eacc ~20 MV/m时，这些因素共同导致极高的品质因数值：<1.5 K时Q 0为3-4x10^11，2.0 K时Q 0 ~5x10^10。在一个腔体中，表面电阻与温度的测量结果显示，在16 MV/m时，残余电阻非常小，仅为0.63+/-0.06 nOhms。SIMS测量证实氧化物显著解离，但它们也显示热处理后存在氮。我们还提出了通过暴露于空气和水的表面氧化的研究，以及通过HF冲洗非常轻的表面去除的影响。的应用和计划的未来发展的可能性进行了讨论。
2019-06-29 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
The Experimental Program for High Pressure Gas Filled Radio Frequency Cavities for Muon Cooling Channels
为了给多TeV对撞机提供10 $^{34}$ cm $^{-2}$ s $^{-1}$量级的亮度，需要一束强烈的μ子。由于多MW质子束与碳或汞靶碰撞产生的μ子具有较大的相空间，因此需要显著的六维冷却。通过电离冷却--唯一能在μ子寿命内工作的冷却方法--和发射度交换，希格斯工厂或更高能量对撞机所需的发射度是可以实现的。设计了一种利用充气射频腔的冷却通道，以提供所需的冷μ子束。这些RF腔的技术发展已经从击穿研究，通过束测试，介质加载和再入腔设计。这些实验的结果进行了总结。
2017-12-22 physics.acc-ph
