Reliability Considerations for the Operation of Large Accelerator User Facilities
该讲座提供了一个有关实现基于加速器的用户设施的高度可靠的操作的考虑因素的概述。文章首先概述了统计可靠性的形式主义，其次是高可靠性的设计考虑的例子。文章最后介绍了高可靠性的操作方面，如预防性维护和备件库存。
2016-08-09 physics.acc-ph physics.ins-det
High-level environmental sustainability guidelines for large accelerator facilities
John Adams Institute, University of Oxford（牛津大学约翰亚当斯学院）；ASTeC, UKRI, STFC Daresbury Laboratory（英国研究理事会科学和技术设施委员会达尔斯伯里实验室）；The Cockcroft Institute, Sci-Tech Daresbury（科克克罗夫特研究所）；STFC, UKRI（英国研究理事会科学和技术设施委员会）；EP Department, CERN（欧洲核子研究中心实验物理部）；Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器）；ISIS Neutron and Muon Source, STFC Rutherford Appleton Laboratory（STFC卢瑟福阿普尔顿实验室ISIS中子和缪子源）
本文针对未来大型加速器设施的设计、建造、运行和退役阶段，提出高层级环境可持续性指南，旨在通过嵌入创新减排技术降低环境影响。
2026-05-31 physics.acc-ph physics.soc-ph
Nurturing the Industrial Accelerator Technology Base in the US
本白皮书的目的是讨论拥有一个能够支持粒子加速器设施需求的世界级国内工业供应商基地的重要性，以及支持和发展美国此类基地的必要步骤。本文重点关注经济，监管和政策驱动的障碍和障碍，目前限制了更广泛的工业参与美国加速器设施的深度和范围。它讨论了国际竞争格局，并提出了提高美国工业实力和活力的措施。
2022-06-23 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
Highlights of AAC 2000 Workshop
高级加速器概念2000（AAC2K）研讨会于2000年6月在圣达菲举行，包括加速器物理学前沿的广泛概念和理论进展。本文回顾了研讨会的重点，从使用激光，等离子体和微结构的加速，μ子对撞机的光束物理的主题。特别强调的是在现有的直线加速器设施的研究相关的主题，以及这种研究对这些设施的能力的影响。
2000-09-05 physics.acc-ph
Future HEP Accelerators: The US Perspective
自20世纪30年代加速器问世以来，加速器技术取得了巨大的进步，粒子加速器已成为高能物理（HEP）研究中不可或缺的工具，可以在越来越小的距离上探测自然。目前，加速器设施可以分为能量前沿对撞机，使直接发现和研究高质量尺度粒子和强度前沿加速器的探索极其罕见的过程，通常在相对较低的能量。全球能源前沿粒子物理界的近期战略集中在通过其高光度升级（HL-LHC）充分开发欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）的物理潜力，而强度前沿HEP研究则集中在兆瓦级束流功率加速器设施（如费米实验室主注入器）的中微子研究，计划PIP-II SRF直线加速器项目。一些下一代加速器设施已经提出，目前正在考虑中期和长期的未来计划的加速器为基础的高能物理研究。在本文中，我们简要回顾后LHC能量前沿的选择，无论是轻子和强子对撞机在世界各地，以及未来可能的强度前沿加速器设施。
2016-03-24 hep-ex physics.acc-ph
A Phenomenological Cost Model for High Energy Particle Accelerators
半个多世纪以来，基于加速器的高能物理一直处于科学发现的前沿。对撞机的加速器技术已经取得了巨大的进步，而束流能量，亮度，设施尺寸和成本已经增长了几个数量级。光束碰撞法的潜力还没有完全发挥出来，但其发展速度已大大放慢。在本文中，我们推导出一个简单的缩放模型的大型加速器和碰撞束流设备的成本的基础上的17个大型设施，已建成或仔细估计。虽然这种方法不能取代基于工程设计的实际成本估算，但这种参数化是为了表明一个比较现实的成本范围，以考虑未来前沿加速器设施可能在物理上实现。
2014-04-15 hep-ex physics.acc-ph
Future Accelerator-Based Neutrino Beams
高能强流加速器在中微子物理研究中有着广泛的应用。目前，领先的运营设施是费米实验室主注入器综合体，可向中微子靶提供超过0.75 MW的120 GeV质子，以及日本的J-PARC设施，最近接近0.5 MW的30 GeV质子束功率。在这里，我们介绍了费米实验室和J-PARC加速器的现状和计划升级，以及下一代基于加速器的设施的建议，它们的挑战以及旨在解决相应成本和性能风险的所需和正在进行的加速器研发计划。
2019-06-18 hep-ex physics.acc-ph
Synchrotron light sources and X-ray free-electron-lasers
同步加速器光源和X射线自由电子激光（FEL）设备是提供极其明亮的X射线的独特工具，其允许以原子空间分辨率观察物质。一方面，同步辐射光源由电子环形加速器组成，并在弯曲磁体和波荡器中产生同步辐射。另一方面，X射线自由电子激光装置基于电子直线加速器，产生更相干和更短的脉冲，适合于时间分辨实验。在这篇文章中，我们将定性地描述同步辐射和X射线自由电子激光装置。我们将开始解释与同步加速器和自由电子激光辐射有关的一些基本概念。然后，我们将描述这两种机器，包括历史和当前的设备，典型的布局，以及一些基本概念的电子束动力学和属性。
2021-07-19 physics.acc-ph
A Core Ontology for Particle Accelerators: Interoperable Data and Workflows Across Facilities
Jefferson Laboratory（杰斐逊实验室）
本文提出了一种粒子加速器核心本体，用于实现跨设施的数据与工作流互操作性，通过共享语义支持标准化描述和可重用工具。
2025-11-30 cs.DL 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
Irradiation Facilities and Irradiation Methods for High Power Target
高功率靶系统是未来中微子和其他稀有粒子在加速器中产生的关键因素。这些系统将强烈的质子源转化为感兴趣的次级粒子，以实现新的科学发现。随着束流强度和能量的增加，靶系统面临着重大挑战。靶材料的辐射损伤和热冲击被确定为高功率靶设施的主要跨领域挑战。为应对这些挑战而进行的目标材料研发对于实现和确保下一代加速器的可靠运行至关重要。辐照设施和替代方法对于为材料研发提供全面支持并更好地应对这些关键挑战至关重要。
2022-12-14 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
Power Converters for Accelerators
粒子加速器使用各种各样的功率转换器来为其子系统供能;而功率转换器的总数通常取决于加速器或加速器组合的大小（包括实验装置），功率转换器的特性取决于其负载和粒子物理要求：本文旨在提供在世界范围内的几个设施中使用的磁体功率变换器的概述。
2016-07-06 physics.acc-ph
A Staged Muon Accelerator Facility For Neutrino and Collider Physics
以μ子为基础的设施提供了独特的潜力，可以在中微子工厂的强度前沿和μ子对撞机的能量前沿提供能力。它们依赖于一种具有挑战性参数的新技术，其可行性目前正在由μ子加速器计划（MAP）进行评估。一个现实的情况下，一系列的补充阶段的设施，在每个阶段的复杂性和显着的物理潜力已经开发。它利用并利用了费米实验室已规划的功能，特别是通过质子改进计划（PIP-II）和长基线中微子设施（LBNF）启动的加速器综合体长期改进战略。每个阶段都旨在提供研发平台，以验证后续阶段所需的技术。的理由和顺序的分期过程和关键问题要解决的每个阶段，提出。
2015-02-05 physics.acc-ph
Injection Optimization at Particle Accelerators via Reinforcement Learning: From Simulation to Real-World Application
本文提出基于Soft Actor-Critic、域随机化和密集神经网络的强化学习框架，用于粒子加速器注入优化，并在COSY真机上达到人类操作员水平且耗时更短。
2025-02-19 physics.acc-ph
Swedish Beams -- The Story of Particle Accelerators in Sweden
本文回顾瑞典粒子加速器设施的发展历史，指出其在20世纪50年代初曾拥有欧洲能量最高的回旋加速器，展现小型国家实验室的重要贡献。
2024-04-10 physics.acc-ph physics.hist-ph
Accelerator Preparations for Muon Physics Experiments at Fermilab
目前正在考虑利用现有的费米实验室设施为两个μ子实验-μ子到电子转换实验（μ 2 e）和新g-2实验-提供束流。在Tevatron对撞机运行II完成后，正在计划进行这些实验，利用今天用于反质子积累的束线和储存环，而不需要进行大量的重新配置。正在调查的操作方案和预期的加速器改进或重新配置将被提出。
2009-10-19 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
Toward a Fully Autonomous, AI-Native Particle Accelerator
Jefferson Laboratory（杰弗逊实验室）
本文提出通过AI共同设计构建完全自主的粒子加速器，旨在实现自主运行和最大化性能。
2026-02-19 cs.AI physics.acc-ph
Computational accelerator science needs towards laser-plasma accelerators for future colliders
激光等离子体加速器由于其高梯度，有可能将未来高能物理直线加速器的尺寸减小一个数量级以上。目前的研究正在进行中，包括LBNL的BELLA PetaWatt激光器，以实现高质量的10 GeV光束和多个模块的分段，以及注入和光束质量的控制。通往高能物理应用的道路可能涉及数百个这样的阶段，包括束流传输、调节和聚焦。目前的研究重点是解决未来对撞机详细概念设计所需的物理和研发挑战。在这里，用于模拟这些加速器和他们的资源需求的工具进行了总结，无论是目前的工作，并支持R&D解决问题的对撞机概念。
2013-09-28 physics.acc-ph
Development of next-generation timing system for the Japan Proton Accelerator Research Complex
精确、稳定的定时系统是高强度质子加速器（如J-PARC）所必需的。最初的计时系统是在J-PARC建造期间开发的，自2006年以来一直没有出现重大问题。经过十年的运行，作为信号传输关键部件的光学模块已经停产。因此，已经开发并构建了用于J-PARC的下一代定时系统。新系统的设计在操作原理方面与原有系统兼容。新系统利用现代高速串行通信来传输时钟、参考触发器和类型代码。我们描述了下一代定时系统的系统配置和当前的状态。
2020-10-26 physics.acc-ph
Secondary beams at high-intensity electron accelerator facilities
本文利用FLUKA和GEANT4蒙特卡罗模拟，研究了杰斐逊实验室11 GeV及升级后20 GeV强电子束轰击厚靶产生的次级μ子、中微子和假设的轻暗标量粒子束流特性。
2024-01-08 hep-ex nucl-ex physics.acc-ph
Technical Status Report on Plasma Components and Systems in the context of EuPRAXIA
本文回顾了EuPRAXIA项目中激光与束流驱动等离子体加速器组件及系统的技术现状，并评估了未来设施实施需解决的挑战。
2024-12-22 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Study of the transfer and matching line for a PWFA-driven FEL
本文提出一种基于放电毛细管阵列和准直器的非常规传输线方案，用于PWFA驱动的FEL，实现了见证束流的高质量传输和驱动束流的有效移除。
2025-07-16 physics.acc-ph
Layout considerations for a future electron plasma research accelerator facility EuPRAXIA
地平线2020项目EuPRAXIA（欧洲等离子体研究加速器，应用卓越）正在准备一个高度紧凑和具有成本效益的欧洲设施的概念设计，该设施使用等离子体作为加速介质，具有多GeV电子束。该设计包括两个用户区域：一个用于自由电子激光科学，另一个用于高能物理（HEP）探测器开发和其他试点应用。加速器设施将基于激光和/或束驱动等离子体加速方法。这一贡献介绍了未来的等离子体加速器设施的布局考虑的背景下EuPRAXIA。它比较了传统的和新型的等离子体加速器设施的要求，并提出了潜在的布局，为未来的网站。结合性能分析、成本效益和单个配置的目标用户案例，此类布局研究将在以后对潜在配置进行排名。根据这些信息，将为EuPRAXIA设施的2019年概念设计报告定义最佳技术组合。
2018-02-01 physics.acc-ph
A Relational Database Model for Managing Accelerator Control System Software At Jefferson Lab
Thomas Jefferson国家加速器设施的运营软件团队面临着许多挑战，这些挑战与管理大量内部开发软件的设施相同。开发人员包括软件组成员、操作员、硬件工程师和加速器物理学家。一个管理问题是确保所有软件都有一个确定的维护人员，他仍然在实验室工作。在某些情况下，定位“孤儿”软件的源代码也被证明是困难的。其他挑战包括执行版本和文档的最低标准，将测试软件与操作软件隔离，鼓励更好的代码重用，整合输入/输出文件存储和管理，以及跟踪软件依赖关系。本文将描述一个关系数据库模型，用于跟踪解决上述问题所需的信息。该数据库模型的实例化为各种提高生产力和一致性的工具提供了基础，这些工具用于自动化（或至少辅助）软件的构建、版本控制、文档编制和安装。
2001-11-09 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
Application of a plasma-based energy booster in operational free-electron lasers
本文探讨了在运行中的X射线自由电子激光器中应用等离子体能量增强器以提升性能的可行性，并通过粒子网格模拟评估了其潜在效益。
2024-07-22 hep-ex physics.acc-ph physics.plasm-ph
Long-term future particle accelerators
半个多世纪以来，粒子加速器使高能物理和其他研究领域的前沿研究成为可能。自1939年以来，加速器直接促成了26项诺贝尔物理学奖，以及另外20项诺贝尔化学奖，医学奖和物理学奖。虽然高能物理一直是粒子加速器发展的主要动力，但加速器设施在许多研究和技术领域的应用不断扩大。例如，加速器应用的活跃领域包括治疗癌症的放射疗法、短寿命医用同位素的生产、同步加速器光源、自由电子激光、微电路的光束光刻、薄膜技术和食品的辐射加工。目前，最大和最强大的加速器是欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC），它在27公里的高真空环中将质子加速到几TeV的能量。为了超越LHC的最大能力，正在考虑的基于射频加速的下一代圆形和线性粒子对撞机将需要数十亿美元的投资，公里级的基础设施和巨大的功耗。这些因素在资源日益有限的世界上构成严重挑战。因此，重要的是寻找替代和可持续的加速技术。这篇评论文章特别关注新的加速器技术，以克服目前的加速限制，走向更紧凑和具有成本效益的长期未来加速器。
2022-06-17 physics.acc-ph
Fermilab Proton Accelerator Complex Status and Improvement Plans
费米实验室在强度前沿开展了一项广泛的基于加速器的高能粒子物理研究计划，该计划依赖于8 GeV和120 GeV质子束线的操作，用于一些固定目标实验。由于质子改进计划（PIP）的升级，2017年实现了中微子目标上平均120 GeV束流功率为700 kW的世界纪录的常规操作。有计划将功率进一步增加到900 - 1000千瓦。FNAL加速器综合体的下一个重大升级，称为PIP-II，正在开发中。它的目标是在下一个十年中期LBNF/DUNE实验开始时达到1.2MW的束流功率，并假设用现代800 MeV超导RF直线加速器取代现有的40岁的400 MeV正常导电直线加速器。有几个概念可以在更换现有的8 GeV助推器同步加速器后将束流功率进一步增加一倍至>2.4MW。在这篇文章中，我们将讨论费米实验室质子加速器综合体的当前性能，未来二十年的升级计划和加速器研发计划，以解决这些升级的成本和性能风险。
2017-05-08 physics.acc-ph
Status and update of the RaDIATE Collaboration R&D Program
加速器目标环境中的辐射损害（Radiate）合作成立于2012年，目前由全球50多个参与者和11个机构组成。由于目标设施中未来质子加速器源的功率不断增加，迫切需要进一步了解目标设施材料的物理和热机械辐射响应。因此，RaDIATE合作的主要目标是利用核材料和加速器靶领域的现有专门知识，生成新的有用材料数据，供加速器和裂变/聚变界应用。目前的合作研究活动包括对现有束线退役部件进行辐照后检查（PIE），如NuMI铍束窗和石墨NT-02靶材料。这些组件的PIE包括先进的微观结构分析（SEM/TEM、EBSD、EDS）和纳米压痕等微观力学技术，以帮助表征操作期间发生的任何微观结构辐射损伤。目前还在低能量和高能量射束设施上对各种候选材料进行新的辐照活动。在萨里大学进行的铍氦注入研究以及在布鲁克海文国家实验室的BLIP设施对各种材料进行的高能质子辐照研究已经开始。该计划还扩展到在CERN的HiRadMat设施使用高强度光束脉冲进行光束诱导热冲击实验，然后进行先进的PIE活动，以评估材料的抗热冲击性。将讨论正在进行的研究活动的初步结果，以及Radiate合作R&D计划的未来计划。
2018-03-22 physics.acc-ph
Ion Sources for Medical Applications
离子源是加速器的关键组成部分，用于不同类型的医疗应用：强子治疗设施（加速质子或碳离子），硼中子捕获治疗的高强度加速器（使用强质子束）和同位素生产设施（使用不同的离子种类）。这三种类型的应用在离子束质量、再现性和束可用性方面提出了不同的要求。将描述离子源的不同特性，以及它们特别令人感兴趣或大量使用的原因。
2018-04-23 physics.acc-ph physics.med-ph
Deployment and validation of predictive 6-dimensional beam diagnostics through generative reconstruction with standard accelerator elements
Pohang Accelerator Laboratory, POSTECH（浦项加速器实验室，浦项科技大学）；Department of Physics and Enrico Fermi Institute, University of Chicago（芝加哥大学物理系与恩里科·费米研究所）；SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）
本文通过标准加速器元件实现了生成式相空间重建方法的首次实验验证，成功重建复杂束流结构并验证了方法的预测能力，为加速器诊断提供了新途径。
2025-08-20 physics.acc-ph
HEP High Power Targetry Roadmap -- Workshop Report
该报告针对多兆瓦级加速器高功率靶面临的可靠性挑战，提出系统性研发路线图，以指导DOE-OHEP的研发规划与优先排序，并促进更广泛高功率靶群体的协同合作。
2025-02-05 physics.acc-ph physics.ins-det
Accelerator Neutrino Beams
来自高能质子加速器的中微子束已经成为粒子物理学的发现工具。中微子束来自带电π介子和K介子的衰变，而带电π介子和K介子又是由质子束撞击厚的核靶而产生的。π/K束的精确选择和操纵控制了中微子束的能谱和类型。本文介绍了在目标和操纵粒子产生中微子束，以及在过去的实验设施取得的许多创新的粒子生产的物理。
2006-09-14 hep-ex physics.acc-ph
Demonstration of nonlinear-energy-spread compensation in relativistic electron bunches with corrugated structures
具有能量和电流平坦分布的高质量电子束对于许多基于加速器的科学设备（例如自由电子激光和MeV超快电子衍射和显微镜）是至关重要的。在这封信中，我们报告使用波纹结构，以补偿由射频场的曲率压印的光束非线性能量啁啾，导致光束能量扩散显着减少。通过使用一对具有正交取向的波纹结构，我们表明，四极尾场，否则增加束流发射度可以有效地取消。这项工作还将波纹结构的应用扩展到低束流电荷（几pC）和低束流能量（几MeV）制度，并可能在许多基于加速器的设施中产生强烈的影响。
2015-03-24 physics.acc-ph
Pulsed Neutron Source using 100-MeV electron Linac at Pohang Accelerator Laboratory
浦项加速器实验室为脉冲中子源操作电子直线加速器，作为韩国原子能研究所的长期核研发计划之一。所设计的束流参数如下：标称束流能量为100 MeV，最大束流功率为10 kW，束流电流根据脉冲重复率从300 mA变化到5A。直线加速器有两种工作模式：一种是具有2 ns和100 ns之间的各种重复的短脉冲模式，另一种是具有1 ms重复的长脉冲模式。利用现有的SLAC-5045速调管、两个等梯度加速段和一个等离子体电子枪等设备，研制了一台电子直线加速器，并进行了实验。我们提出的直线加速器的特点和报告的状态，脉冲中子源设施，包括一个目标系统和飞行时间路径。
2000-08-15 physics.acc-ph
TeV/m Nano-Accelerator: Investigation on Feasibility of CNT-Channeling Acceleration at Fermilab
高梯度加速和高功率束的严格相空间控制的发展是未来轻子和强子对撞机的关键因素，因为对更高能量和光度的日益增长的需求显着提高了现代HEP设施的成本。已知晶体中的原子通道由10 - 100 V/m的势垒组成，所述势垒能够引导和准直高能束，提供具有非常高梯度（TeV/m）的连续聚焦加速度。然而，天然晶体中的通道只有埃大小，并且在物理上容易受到高能相互作用的影响，这阻碍了晶体应用于高功率加速器。碳基纳米晶体如碳纳米管（CNTs）和石墨烯具有很大的尺寸柔性和热机械强度，可用于微波束的沟道加速。合成晶体的纳米通道可以接受比天然晶体大几个数量级的相空间体积的通道颗粒，具有高得多的热耐受性。本文介绍了费米实验室先进超导试验加速器（ASTA）的CNT沟道加速研究的现状。
2015-04-01 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
Future High Energy Frontier Colliders
自20世纪中叶碰撞束方法问世以来，对撞机一直处于高能粒子物理科学发现的最前沿。加速器领域非常活跃，许多创新概念目前正在考虑，例如希格斯工厂和LHC以外的能量前沿对撞机等未来设施。在这里，我们简要地概述了领先的建议和研究对下一代对撞机和讨论他们的主要挑战，以及相应的加速器的R和D计划，以解决其成本和性能风险的方向。
2019-07-02 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
Beam Loss Consequences
CERN（欧洲核子研究中心）
本文综述高能高流强加速器中束流损失机制及其对安全高效运行的影响，重点讨论强子加速器如LHC的风险与防护措施。
2026-04-24 physics.acc-ph
Emittance preservation in a plasma-wakefield accelerator
该研究首次在等离子体尾场加速器中实现发射度保持，同时维持电荷和能散，证明其可无退化加速，为紧凑型对撞机等应用奠定基础。
2024-03-26 physics.acc-ph
Challenges and opportunities of srf theory for next generation particle accelerators
我们提出一个利用现代非平衡超导理论建立强电磁场下超高频腔理论性能极限的方案。这些理论将用于计算srf腔的主要性能参数：品质因数Q及其对场幅度、温度和频率的依赖性，这将允许我们理解SRF腔性能可以从现有技术的当前状态推进多远。假定品质因数由在非常不同的长度尺度上操作的多个机制确定，我们将解决非线性表面电阻、腔中捕获的涡流的RF损耗、材料缺陷和表面形貌的影响以及通过表面纳米结构化、杂质管理和多层来提高SRF性能的机会的相互关联的问题。为了提高下一代粒子加速器的性能，我们提出了以下的理论研究方向：1。建立强射频场作用下非平衡超导体的Q极限、非线性表面电阻和剩余电阻机制。2.建立超高频击穿场极限、动态过热场及其与频率、温度和杂质浓度的关系。3.超高频腔中强射频迈斯纳电流驱动的超快涡旋的俘获涡旋和极端动力学引起的损耗。4.腔体表面纳米结构、多层膜和杂质管理优化超临界流体性能。
2022-03-15 physics.acc-ph
Use of EPICS for High-Level Control of SNS Conventional Facilities
SNS项目旨在将常规设施控制与其基于EPICS的加速器和目标控制系统集成。因此，EPICS将用于为SNS常规设施的所有子系统提供分布式高级别访问，包括冷却水塔、冷冻水、去离子水、HVAC、废物处理和电力监控。EPICS将为1000多个过程变量提供操作员显示和高级控制。EPICS支持将由四个使用基于PowerPC的VME总线控制器的IOC提供。低级别控制将由Allen-Bradley ControlLogix PLC提供，这些PLC将使用ControlNet进行相互通信，并使用EtherNet/IP与EPICS进行通信[2]。PLC层和EPICS层都将由工业供应商实施。文件服务器支持将基于Linux，并发版本系统（CVS）将用于管理EPICS和PLC程序和配置文件的版本控制。所有系统过程变量名称、硬件、软件和数据库配置属性将保存在Oracle主数据库中，该数据库将用于生成和维护整个项目的EPICS和PLC数据库。
2001-11-19 physics.acc-ph
High average power ultrafast laser technologies for driving future advanced accelerators
为了推进高能物理和加速器物理的能源前沿，需要大型激光装置。激光等离子体加速器是旨在达到TeV电子对撞机的先进加速器概念的核心。在这些设施中，强激光脉冲驱动等离子体，并用于在非常短的距离内将电子加速到高能量。激光等离子体加速器原则上可以达到高能量，其加速长度比传统的基于RF的加速器短1000倍。理论上，激光驱动的粒子束能量可以超越现有技术的常规加速器。在高度发展的激光技术的支持下，LPA已经在大约20厘米的距离内产生了多GeV的电子束，相对能量扩展大约为2%。这验证了美国能源部战略的关键要素，这种加速器，使未来的对撞机，但扩展到TeV对撞机迄今为止的最佳结果将需要更高的平均功率的激光器。虽然激光驱动对撞机所设想的每脉冲能量可以用当前的激光器实现，但低激光重复率限制了潜在的对撞机亮度。应用将需要在焦耳能量和高效率下的kHz到数十kHz的速率，并且对撞机将需要大约100个这样的级，这是当前Hz级LPA的飞跃。这意味着激光重复率将比现有技术水平提高1000倍。本白皮书介绍了候选激光系统的当前研究和前景，以及驱动未来先进加速器所需的宽带和高损伤阈值光学器件。
2022-05-02 hep-ex physics.acc-ph
RF Processing of X-band Accelerator Structures at the NLCTA
在运行的初始阶段，下一代直线对撞机（NLC）的直线加速器将包含大约5000个X波段加速器结构，将电子和正电子束加速到250 GeV。这些结构将在72 MV/m的空载梯度下标称运行。作为NLC研发计划的一部分，SLAC的下一个线性对撞机测试加速器（NLCTA）已经建造并运行了几个原型结构。本文研究了高梯度运行对结构性能的影响。在过去一年，NLCTA电源升级后取得了重大进展，以可靠地产生所需的NLC功率水平或更高。本文介绍了高梯度操作的结构、处理方法和观察到的效果。
2000-08-20 physics.acc-ph
Dealing with megawatt beams
兆瓦质子、电子和重离子束的下一代加速器对粒子产生预测的准确性、规划新加速器设施和实验所用代码的能力和可靠性、机器、目标和准直系统、探测器和辐射屏蔽的设计以及尽量减少对环境的影响提出了前所未有的要求。代码开发的最新进展，描述了与这些挑战有关的关键模块。举例说明了要求最高的领域：目标、准直器、光束吸收器、辐射屏蔽、感应放射性和辐射损害。
2012-02-07 physics.acc-ph
High-frequency structure design and RF stability analysis of a 4-vane radio frequency quadrupole with pi-mode stabilizer loops
基于紧凑型加速器的中子源设施正在引起人们的关注，并在材料和工程科学以及中子科学教育和培训中发挥着重要和不断扩大的作用。中子是由低能质子束轰击铍或锂靶产生的。在这样的基于加速器的中子源中，通常利用射频四极杆（RFID）将高强度质子束加速到几MeV。本文主要研究了一种具有π模稳定回路的四叶片整流器的高频结构优化设计及其射频稳定性分析。设计了一台176 MHz的质子加速器，工作在10%的占空比下，能在5.3 m的长度内将80 mA的质子束从65 keV加速到2.5 MeV。PISL的采用确保了高RF稳定性，简化了加速器的操作，并意味着不太严格的对准和加工公差。
2022-03-18 physics.acc-ph
Novel Materials and Concepts for Next-Generation High Power Target Applications
新型束流拦截材料和靶向概念对于提高下一代多兆瓦（多MW）加速器靶设施的性能、可靠性和运行寿命至关重要。束拦截材料和组件必须维持粒子束强度的数量级增加，并超出了目前的国家的最先进的。与传统的材料已经限制了实验的范围，这是至关重要的，以调查新的目标材料，技术和概念，将满足要求，并最大限度地提高未来的能量和强度前沿实验的物理效益。本文概述了未来10年内为支持和实现未来高功率加速器靶设施所需的相关靶技术研发。
2022-03-16 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
Crystal Ball: On the Future High Energy Colliders
高能粒子对撞机已经在粒子物理学的前沿超过三十年。目前，美国、欧洲和国际粒子物理界的近期战略集中在通过其高光度升级（HL-LHC）充分开发大型强子对撞机（LHC）的物理潜力。已经提出了一些下一代对撞机设施，目前正在考虑为基于加速器的高能物理学的中期和长远发展建造这些设施。在本文中，我们提供了一个统一的方法来评估各种加速器的基础上，他们的能量范围，性能范围和成本范围的可行性。我们简要地回顾了LHC之后的选择，如日本（ILC）或欧洲核子研究中心（CLIC）的线性e+e对撞机，μ子对撞机，以及中国（CepC/SppC）和欧洲（FCC）的圆形轻子或强子对撞机。最后，我们展望了基于等离子体和晶体的终极能量到达加速器，以及基于加速器的粒子物理学的未来前景。
2015-11-05 physics.acc-ph
Next Generation Computational Tools for the Modeling and Design of Particle Accelerators at Exascale
粒子加速器是最大、最复杂的装置之一。为了满足不断增加的能量、强度、精度、紧凑性、复杂性和效率的挑战，需要越来越复杂的计算工具来进行设计和优化。当代软件利用计算机硬件和科学软件工程实践的最新进展，为上述挑战提供速度，可重复性和功能可组合性是关键。LBNL和合作者正在Beam pLasma加速器仿真工具包（BLAST）的核心开发一个新的开源软件栈，提供新的粒子细胞建模代码，能够在Exascale超级计算机上利用GPU的功能。结合先进的数值技术，如网格细化和对机器学习的内在支持，这些代码可以为未来的加速器设计和操作提供超快到超精确的建模。
2022-08-09 cs.DC physics.acc-ph
