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
Status Report on Multi-Cell Superconducting Cavity Development for Medium-Velocity Beams
我们研制了三个六腔超导加速腔，加速范围为0.40 ~ 0.53倍光速。第一个原型腔的品质因数（Q）在加速梯度高达11 MV/m时高于1 E10。达到的最高梯度约为16 MV/m;在最大梯度下，Q约为3E 9。
2003-11-20 physics.acc-ph
A Fast Switchyard for the TESLA FEL-Beam Using a Superconducting Transverse Mode Cavity
在TESLA直线对撞机X射线激光装置的设计中，需要产生约10000束团的1ms长束团串，并将其分配到多条自由电子激光（FEL）束线上。X射线自由电子激光的不同科学应用需要束团训练中束团的特定填充模式。结果表明，基于超导横模腔的快速开关站可以用来以灵活的方式产生所需的聚束图案，同时保持主直线加速器中的束流负载恒定。介绍了束流光学和横模腔的概念设计。
2000-08-03 physics.acc-ph
Emittance Measurements of a Superconducting High Frequency Electron Gun
为了研究和了解电子枪设计、阴极制备和操作参数对束流质量的影响，提供可靠和准确的束流诊断是很重要的。因此，这项工作的重点是利用现有的诊断光束线的电流枪演示器来表征光束的横向相空间和测量发射度在各种光束设置和操作条件。狭缝掩模和螺线管扫描技术。
2013-07-12 physics.acc-ph
Beam dynamics study of the high-power electron beam irradiator using niobium-tin superconducting cavity
KEK开展带Nb₃Sn超导腔的10MeV/50mA紧凑型辐照加速器束流动力学研究，通过多参数同步优化抑制束流损失至ppm级，解决低初始能量、参数关联及空间电荷效应带来的无损失传输难题，为装置设计提供依据。
2024-04-12 physics.acc-ph
A CW superconducting linac as the proton driver for a medium baseline neutrino beam in China
在我国中微子实验的长期规划中，提出了一种采用束流功率为15 MW的连续波超导直线加速器作为质子驱动器的中基线中微子束流。直线加速器将基于中国-ADS项目正在开发的技术，但对可靠性的要求要低得多。它由一个3.2MeV的正常传导超导体和5个不同类型的超导腔组成。标称设计能量和电流分别为1.5 GeV和10 mA。本文将介绍物理设计的一般考虑和初步结果。此外，替代设计，如2.0 GeV和2.5 GeV，因为他们可能需要的一般设计可以很容易地从名义上扩展。
2013-12-30 physics.acc-ph
Design Study of a Superconducting Gantry for Carbon Beam Therapy
本文介绍了一种碳梁龙门架的设计研究。所设计的机架是紧凑的，使得其尺寸与质子机架的尺寸相当。这是可能的，通过引入超导双螺旋线圈的偶极磁体。机架光学器件的设计方式使得其提供旋转不变的光学器件和可变的光束尺寸以及光束的点到平行扫描。对于大口径磁体，通过调用计算机程序获得三维磁场分布，并通过对运动方程进行数值积分和三维插值来跟踪多个粒子。通过遗传算法优化线圈绕组，使边缘场引起的束流畸变减小到可接受的水平。高阶传递系数的计算和示出的线圈绕组的适当的优化大大减少。
2016-06-14 physics.acc-ph
Study of effects of failure of beamline elements and their compensation in CW superconducting linac
Project-X是计划在美国费米实验室建造的高强度质子设施。X项目的第一级由超导直线加速器组成，该加速器将以连续波（CW）模式运行，以将束流从2.5 MeV加速到3 GeV。CW模式下的操作对射束线组件，特别是对射频（RF）腔体施加了高公差。由于束流参数与设计参数不同，束流线元在低能时的失效是非常关键的，因为它会导致束流与后续截面的不匹配。它使束流不稳定，导致发射度稀释，并最终导致束流损失。在最坏的情况下，它可能会影响机器的可靠性，并可能导致关闭直线加速器以更换故障元件。因此，研究这些效应及其补偿对实现直线加速器中束流的平稳传输具有重要意义。本文介绍了SSR 0段射频腔和螺线管失效的研究结果。
2012-03-07 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 a machine protection system for the Superconducting Beam Test Facility at Fermilab
费米实验室目前正在建设的超导射频束测试设施将产生能够在异常加速器脉冲的情况下损坏加速结构和束线真空室的电子束。该加速器的设计能力为每个宏脉冲可产生多达3000个聚束，重复频率为5Hz，束流能量为1.5 GeV。在束团电荷为3.2nC时，它能维持72KW的平均束流功率。在全强度下操作将在铌材料中沉积足够的能量以接近2500 °C的熔点。在早期阶段，仅安装了3个低温模块，该设施将能够产生810 MeV的电子束能量和接近40 KW的平均束功率。在任何一种情况下，都需要一个强大的机器保护系统（MPS）来减轻由于这种大的损坏潜力造成的影响。本文将描述正在开发的MPS系统，系统要求和考虑中的控制问题。
2012-09-28 physics.acc-ph
Testing Beam-Induced Quench Levels of LHC Superconducting Magnets
在2009年至2013年，大型强子对撞机（LHC）的顶束能量为3.5 TeV和4 TeV（从2012年开始），而不是标称的7 TeV。超导磁体中的电流相应地减小。到目前为止，只有17个光束引起的淬火已经发生，其中八个在专门设计的淬火试验，在注射的其他人。在正常的对撞机运行过程中，没有发生过一次束流失超.然而，在LHC长期关闭后，这些条件预计将变得更具挑战性。磁体将在接近标称电流的情况下工作，并且在存在高能量和高强度射束的情况下工作，每个射束的储存能量高达362 MJ。在本文中，我们总结了我们的努力，了解失超水平的LHC超导磁体。我们描述了波束丢失事件和专用的波束实验，以及用于再现可观察信号的模拟方法。将线圈中的模拟能量沉积与电热模型预测的失超水平进行比较，从而允许验证和改进用于在运行2的射束损失监视器上设置射束收集阈值的模型。
2015-06-26 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
Optimization of Superconducting Linac for Proton Improvement Plan-II (PIP-II)
PIP-II是费米实验室综合体的重要升级，将为LBNF的国际深地下中微子实验提供世界上最强的高能中微子束，并支持费米实验室的广泛物理计划。最终，PIP-II超导直线加速器将能够将$H-$ CW束加速到800 MeV，平均功率为1.6 MW。为了以如此高的功率运行直线加速器，必须严格控制束流损耗和束流发射度增长。在本文中，我们提出了一个强大的和有效的物理设计的PIP-II直线加速器超导部分的直线加速器选项的全局优化的结果。我们还研究了偶极校正器的非线性场对光束质量的影响，并通过统计分析得出了对场质量的要求。最后，我们评估需要纠正四极聚焦产生的半波，单辐加速腔。我们评估了通过改变直线加速器聚焦场的极性来控制机器中束流耦合的可行性
2022-09-06 physics.acc-ph
A Proposal of a Superconducting Linac in CW Operation for Multi-Purposes
超导直线加速器的束流比普通直线加速器的束流大几个数量级，有望在各个科学领域取得重大发现。然而，SC直线加速器的广泛使用受到高建造和运行成本的限制。为了解决这个问题，我们提出了一个连续波（CW）操作的SC直线加速器共享的电子/正电子束有效的多用途利用。直线对撞机、μ子对撞机等高能物理项目需要强流正电子/电子束，而下一代X射线光源则需要强流高质量的电子束。作为例子，我们讨论了国际直线对撞机的注入器，X射线自由电子激光和能量恢复直线加速器光源。我们发现了一个可行的解决方案，建议多束流操作，尽管高质量的束流要求和复杂的操作：控制混合束流没有脉冲磁铁，较低的束流损耗和腔中的热负荷，高稳定性的束流能量，并在高平均电流操作。
2018-07-20 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
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
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
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
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
SCREAMm - modified code SCREAM to simulate the acceleration of a pulsed beam through the superconducting linac
对SCREAM --超导相对论粒子加速器模拟程序进行了重大修改和改进。修正了所用公式中的一些印刷错误，并引入了更真实的矢量和表达式。洛伦兹力失谐（LFD）的现实模型的开发，并将实现的代码。一个友好的图形用户界面允许模拟问题的各种参数可以轻松，快速地改变。提供对各种输出数据的有效控制。在模拟过程中，通过绘制相应的图形来控制各种参数的变化。“大量的各种图表可以用来说明结果。
2012-09-20 physics.acc-ph
Wakefields Generated by Electron Beams Passing Through a Waveguide Loaded With an Active Medium
本文研究了相对论电子束通过弱共振色散有源介质波导时的尾波场。对于本文的计算，介质的参数是富勒烯（C60）在X-带中表现出活性的液晶中的溶液的参数。结果表明，几个TM加速模式可以被放大的几何形状考虑中，高阶模式被放大的结构表现出必要的优势，PASER。特别地，最高模式的放大发生在加载有相当厚的有源介质层的结构中，该有源介质层使有源介质存储的能量最大化。
2006-12-27 physics.acc-ph
High brightness CW electron beams from Superconducting RF photoemission gun
高加速梯度连续光注入器有望在许多科学和应用领域带来革命性的变化。它们可以为新一代单色X射线自由电子激光、高亮度强子束或新一代微芯片生产奠定基础。在这封信中，我们报告的记录性能超导射频电子枪与$\textrm{CsK}_{2}\textrm{Sb}$光阴极。该枪产生高电荷电子束（高达10 nC/束）和低横向发射率，同时使用单个光阴极运行数月。这一成就开启了产生具有非常高平均亮度的高功率光束的新时代。
2020-03-16 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
Effect of the superconducting wiggler on the DELSY beam dynamics
DELSY项目正在俄罗斯杜布纳JINR开发。该同步辐射光源主要用于凝聚态物理、原子物理学、生物学、医学、化学、微观力学、光刻等领域的研究。储存环DELSY是一个电子储存环，具有1.2 GeV的束流能量和4个直段，以容纳加速器设备和插入装置。其中一个直线段用于10 T超导摇摆器（波长移位器），另一个用于具有150个周期和0.75 T磁场的波荡器。扭摆器会影响束流动力学的许多方面：线性运动，动态孔径，发射度，阻尼时间等的问题是相当严重的DELSY机，因为电子束的能量小，而扭摆器的磁场是强的。在本文中，我们考虑了两种模型的摇摆器的磁场与无聚焦所造成的六极场的摇摆器，因为我们需要开发的要求，摇摆器的设计。研究了10 T扭摆器对DELSY储存环中束流动力学的影响，提出了一种可能的解决方案，并介绍了插入装置的联合工作。
2003-07-03 physics.acc-ph
Superconducting Accelerators for High-Power X-ray production
迄今为止，作为用于产生用于工业目的的电离辐射的电子源的直线加速器（直线加速器）被限制为小于100 kW。当直接使用电子束时，这对于大多数潜在的应用是足够的。然而，当电子束用于产生光子（X射线），然后在应用中使用时，这不足以与其他光子源（来自钴-60的伽马射线）竞争。本文将讨论一个紧凑的超导RF（CSRF）加速器系统，依赖于新兴技术，将能够产生电子束功率到100千瓦的效率比目前的直线加速器。重点是产生用于医疗器械灭菌的X射线束，以提供目前用于此目的的钴-60的替代品。
2022-02-15 physics.acc-ph
Higher order mode spectra and the dependence of localized dipole modes on the transverse beam position in third harmonic superconducting cavities at FLASH
进入加速腔的电子束激发尾流场。这种尾流场可以分解成一系列的多极或模式。横向尾流场的主要分量是偶极子。本报告总结了在各个阶段测量的FLASH的三次谐波腔的高阶模（HOM）信号：在费米实验室的单腔测试台，在CMTB（低温模块测试台）和FLASH的传输测量，和在FLASH的束激励测量。在第一个两个偶极带和第五偶极带的模式已被确定使用全球洛伦兹拟合技术。在大约4 GHz的束管模式和第五偶极带中的一些模式已被观察到作为本地化模式，而前两个偶极带，包含一些强耦合腔模式，传播。本报告还提出了依赖于横向光束位置的本地化偶极模式。已观察到各种模式的线性相关性。这使得它们适用于光束位置诊断。这些模式，连同一些传播，强耦合模式，已被认为是在一个专用的电子束诊断与HOM的第三谐波腔的设计。
2012-06-21 physics.acc-ph
Electron Bunch Train Excited Higher-Order Modes in a Superconducting RF Cavity
基于高阶模（HOM）的腔内束流诊断方法在超导射频（SRF）加速器中得到了有效和方便的应用。我们最近的研究表明，束团训练激发HOM谱中的束谐波，其具有比本征HOM峰高得多的信噪比，也可以用于束诊断。本文介绍了我们在北京大学直流同步辐射场（DC-SRF）光注入器和同步辐射场（SRF）直线加速器上进行的关于束团训练激发高阶矩的理论模型和实验研究。
2016-08-12 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
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
Primary Beam Steering Due to Field Leakage from Superconducting SHMS Magnets
模拟的磁场从超高动量光谱仪在大厅C在托马斯·杰斐逊国家加速器设施显示出显着的字段泄漏到该区域的主束线之间的目标和束流收集器。在没有缓解的情况下，这些残余场将使未散射的波束转向到足以将波束操作限制在小散射角。这里介绍的是光谱仪磁体的磁场模拟和使用最小量的屏蔽铁围绕束线的最佳位置的解决方案。
2014-08-26 nucl-ex physics.acc-ph
The Higgs Factory Muon Collider Superconducting Magnets and Their Protection Against Beam Decay Radiation
低能中光度μ子对撞机（MC）正在研究作为一个可能的希格斯工厂（HF）。来自μ子衰变的电子将在HF对撞机环的超导磁体中沉积超过300 kW。这对MC储存环（SR）和相互作用区（IR）中使用的超导（SC）磁体提出了重大挑战。提出了在大孔径中提供高操作梯度和磁场的磁体设计，以容纳由于低\b{eta} * 而产生的大尺寸μ子束，以及冷却系统以拦截来自衰变电子诱导的簇射的大量热沉积。晶格元件MC SR中热沉积的特定分布需要大孔径磁体来容纳厚的高Z吸收体以保护SC线圈。基于开发的MARS 15模型和密集的模拟，一个复杂的辐射防护系统的对撞机SR和IR的设计，使超导线圈的峰值功率密度低于失超极限，并减少动态热沉积在冷质量的一个因素100。该系统由紧密的钨掩模在磁体互连区域和椭圆形钨衬垫在磁体孔径优化为每个磁体。它还减少了对撞机探测器中的背景粒子通量。
2018-07-19 physics.acc-ph
Design study of a beta=0.09 high current superconducting half wave resonator
为了更好地支持各个科学领域，目前对基于超导技术的强流质子和氘直线加速器的需求不断增长。在北京大学设计了一个\b{eta} =0.09 ~ 162.5MHz的强流超导半波谐振器，用于100 mA质子束和50 mA氘束的加速。本文对该谐振腔进行了详细的电磁设计、微碰撞仿真和力学分析。
2016-04-11 physics.acc-ph
A Study of Beam Position Diagnostics with Beam-excited Dipole Higher Order Modes using a Downconverter Test Electronics in Third Harmonic 3.9 GHz Superconducting Accelerating Cavities at FLASH
加速腔中束流激发的高阶模（HOM）包含了束流横向位置信息。以前的研究已经缩小了三个模式的选择，在第三谐波3.9 GHz的腔在FLASH的光束位置诊断。发现束管中约4.1 GHz和第五腔偶极带中约9 GHz的局部模式，可以提供束位置的局部测量。相比之下，在4.2和5.5 GHz之间的第一和第二偶极频带中的传播模式可以达到更好的分辨率。所有的选择都是用费米实验室专门设计的测试电子设备进行评估的。目的是定义适合于HOM电子器件的模式或光谱区域。两个数据分析技术用于提取波束位置信息的偶极子HOM：直接线性回归和奇异值分解进行了比较。目前的实验表明，使用第五偶极带模式预测局部束流位置的分辨率为50 μm，整个模块的全局分辨率为20 μm。基于这些结果，我们决定为第二偶极带和第五偶极带构建HOM电子器件，以便我们可以对整个模块进行高分辨率测量，并对单个腔进行局部测量。原型电子器件正在由费米实验室制造，并计划于2012年底在Flash中进行测试。
2012-08-10 physics.acc-ph
Analytical Solution to the Transient Beam Loading Effects of the Superconducting Cavity
瞬态束流加载效应是超导加速器中的关键问题之一，需要仔细研究。分析的核心问题是获得瞬时束流加载下腔电压的时间演化规律。为了简化问题，描述腔电压行为的二阶常微分方程被直观地简化为一阶常微分方程，借助于两个缺乏有效性证明的临界近似。在本文中，有效性的数学检查在一些特定的情况下，从而在一个标准的简化。一般采用数值方法求解腔电压近似方程，本文提出在驱动项采用阶跃函数近似的情况下，也可以用解析方法求解。利用腔电压的解析解，可以解析地计算出腔的瞬态反射功率和束团中心粒子的能量增益。的阶跃函数近似的有效性的驱动项检查直接评估。最后将解析结果与数值结果进行了比较。
2017-06-30 physics.acc-ph
Effects of Curved Superconducting Magnets on Beam Stability in a Compact Ion Therapy Synchrotron
本文首次研究弯曲型CCT超导磁体在紧凑型医用同步加速器中的影响，提出三维弯曲场分析方法并在MAD-X/PTC中建模，以评估其对束流动力学和长期稳定性的作用，为优化磁体与加速器设计提供依据。
2025-02-07 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
Multiple-Charge Beam Dynamics in an Ion Linac
需要构建基于超导射频（SRF）技术的中能离子直线加速器。它必须能够产生几百千瓦的连续波光束，范围从质子到铀。为了产生稀有同位素的强束以供随后的加速，需要相当大的功率。然而，目前，可用于较重离子的束功率将受到离子源性能的限制。为了克服这一限制，我们研究了通过直线加速器加速多电荷态（多Q）光束的可能性。我们表明，这样的操作是可行的大的横向和纵向接受，可以在直线加速器中使用超导腔。多Q操作不仅提供了一个实质性的增加，在束流，但也使两个剥离器的使用，从而减少所需的直线加速器的大小。由于超导直线加速器工作在CW模式，空间电荷效应基本上被消除，除了在ECR/ECR区域。因此，可以最小化由于多电荷束加速引起的有效发射度增长。
2000-08-19 physics.acc-ph
Design of a cw, low energy, high power superconducting linac for environmental applications
利用电子束辐照技术处理发电厂的烟道气和城市或工业废水已在小规模试验工厂中得到成功的示范。束能量要求相当适度，在几MeV的量级上，然而，在工业规模上采用该技术需要以成本有效的方式获得大约1MW的高束功率。在这篇文章中，我们提出了一个紧凑的超导加速器的设计，能够提供一个连续的电子束与电流为1 A和能量为1兆电子伏。其主要部件是射频栅网电子枪和传导冷却β = 0.5椭圆形Nb3Sn腔与双同轴功率耦合器。工程和成本分析表明，拟议的设计将导致处理成本与替代处理方法竞争。
2018-06-11 physics.acc-ph
A new muon-pion collection and transport system design using superconducting solenoids based on CSNS
提出了一种新的μ介子和π介子俘获系统，用于正在建设中的中国空间中子源（CSNS）。用CSNS脉冲质子束（1.6GeV，4kW，1Hz）的约4%轰击超导螺线管内的圆柱形石墨靶，可以同时获得表面μ子和π子。这种新的捕获系统-一个石墨目标包裹在一个超导螺线管-的接受度大于正常的μ子束线使用四极在一侧的分离μ子目标。利用Geant 4程序计算了不同俘获磁场下的μ介子和π介子产生。在模拟中还优化了捕获螺线管相对于质子束的弯曲角度，以获得更多的μ子和π子。根据CSNS项目预留的μ子实验区布局，初步设计了一条μ子束线，该束线具有多用途μ子自旋旋转区（表面、衰变和低能μ子）。最后，基于CSNS的第一阶段，利用G4束线模拟的高通量表面μ子（10 $^8$ /s）和衰变μ子（10 $^9$ /s）将在衰变螺线管的末端得到。在2.5 $μ$ A的质子流下，该收集和传输系统将是非常有效的束线。
2016-03-24 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
High Temperature Superconducting Magnets for Efficient Low Energy Beam Transport Systems
现代离子加速器和离子注入系统需要非常短的、高度通用的低能束传输（LEBT）系统。对可靠和连续运行的需求要求LEBT设计简单而坚固。可用的高温超导体（HTS）的能量效率以及高效和简单的低温冷却器制冷是另外的吸引力。创新的，紧凑的LEBT系统的基础上，设计和建造的高温超导体将开发使用计算机模型和原型。这些参数的选择将使这种类型的LEBT在各种离子加速器、离子注入系统、癌症治疗同步加速器和研究加速器（包括ORNL SNS）中有用。与高温超导制成的超导磁体的好处将进行评估与分析和数值计算的两个螺线管配置，将用于SNS原型LEBT，将取代静电的SNS，和一个单一的螺线管配置，如费米实验室质子驱动器，将是最适用于离子注入应用。
2013-01-30 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
High Performance Operation of a Direct-Current and Superconducting Radio-Frequency Combined Photocathode Gun
针对半导体光阴极的兼容性问题，研发了直流间隙与SRF腔结合的混合光阴极电子枪，实现了高亮度、稳定的连续波电子束输出，多项性能参数达到优异水平。
2024-10-07 physics.acc-ph
Analysis and Measurement of the Transfer Matrix of a 9-cell 1.3-GHz Superconducting Cavity
超导直线加速器能够产生高强度、稳定、高质量的电子束，在科学和工业中得到了广泛的应用。为$e^+/e^-$直线对撞机研制的9室1.3GHz超导驻波加速腔[B. Aunes，{ \em等}物理修订版ST加速Beams { \bf 3}，092001（2000）]已广泛用于各种超导直线加速器设计中。在本文中，我们讨论了这种腔的传输矩阵，并提出了在费米实验室加速器科学与技术（FAST）设施进行的测量。实验结果与理论计算和数值模拟结果相吻合。
2017-04-23 physics.acc-ph
The focusing properties of both normal and superconducting low energy CW proton Linacs
连续波强流质子直线加速器作为高功率质子加速器的前端有着广泛的应用。低能量部分是最困难的部分，目前还没有被广泛接受的解决方案。正常导电和超导加速结构被认为是可能的解决方案。虽然正常导电结构和超导结构在加速电压、最大电场等方面有很大的不同，但我们发现这两种加速结构所组成的晶格的聚焦特性却有很大的相似性。本文从束流动力学的角度分析了由正常导电结构和超导结构组成的晶格的优缺点，讨论了它们对束流主要参数的约束。
2016-10-21 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
Beam Instrumentation and Long-Range Beam-Beam Compensation
高亮度大型强子对撞机（HL-LHC）第13章：初步设计报告。大型强子对撞机（LHC）是有史以来最大的科学仪器之一。自2010年开辟新的能源探索前沿以来，它已经聚集了约7,000名科学家的全球用户社区，他们从事基础粒子物理学和极端温度和密度下的强子物质物理学工作。为了维持和扩大其发现潜力，LHC将需要在2020年代进行重大升级。这将使其亮度（碰撞率）增加到原来设计值的五分之一，并使积分亮度（产生的总碰撞）增加到原来的十分之一。LHC已经是一台高度复杂和精致优化的机器，因此必须仔细构思这种升级，并需要大约十年的时间才能实现。这种新的配置被称为高亮度LHC（HL-LHC），它将依赖于一系列关键的创新，推动加速器技术超越目前的极限。其中包括尖端的11-12特斯拉超导磁体、用于超精确相位控制的束旋转的紧凑型超导腔、用于束准直的新技术和物理过程以及能量耗散可忽略不计的300米长的高功率超导链路。本文件描述了将用于实现该项目的技术和组件，旨在作为HL-LHC详细工程设计的基础。
2017-05-26 physics.acc-ph
Design of a High-bunch-charge 112-MHz Superconducting RF Photoemission Electron Source
在粒子加速器的许多先进应用中，如强子束的电子冷却器、电子-离子对撞机和自由电子激光（FEL），都需要高束团电荷的连续波（CW）光电发射电子源。超导RF（SRF）在CW模式下比其他电子枪技术具有几个优势，因为它提供更高的加速率，并可能产生更高的聚束电荷和平均束流。布鲁克海文国家实验室（Brookhaven National Laboratory，BNL）开发了一种112 MHz SRF电子光注入器（枪），为相干电子冷却原理验证（CeC PoP）实验产生高亮度和高聚束电荷聚束。该枪利用四分之一波长谐振器（QWR）的几何形状，以确保光束的动态，并使用高量子效率（QE）的多碱光电阴极产生电子。
2016-08-28 physics.acc-ph
MESA Technical Note: Beam Breakup Instability Threshold Current
MESA（美因茨能量回收超导加速器）是一个能量回收直线加速器（ERL），正在美因茨的约翰内斯古腾堡大学建造。它将以155 MeV的150 $μ$ A电子束的外束（EB）模式和105 MeV的1 mA（第一级）和随后的10 mA（第二级）电子束的能量恢复（ER）模式运行。可能限制机器性能的重要因素是由于超导RF腔中的高阶模（HOM）的激发而可能发生的束分裂（BBU）不稳定性。只有当注入的束流超过阈值时，才会出现这种效应。本工作的目的是开发一个软件，可靠地确定在MESA的阈值电流，找到可能改变其值的主要因素，并最终作出决定，MESA在10 mA的操作能力和需要额外的措施，抑制BBU的不稳定性。
2021-02-01 physics.acc-ph
Beam dynamics and wake-field simulations for high gradient ILC linacs
用有限元和有限差分法模拟了ILC超导腔的高阶模。特别是，在KEK的一郎型腔和康奈尔大学的可重入设计的HOMs集中在这项工作中。这些大学和实验室的目标是在9室超导腔中实现超过50 MV/m的加速梯度，同时保持高质量和稳定的电子束。在这些梯度下，电击穿是引起关注的重要原因，并且由高能电子束激发的尾场也潜在地损害束的发射度。在这里，我们限制的分析进行详细的模拟，发射度稀释，由于光束最初注入与现实的偏移量从电中心的腔。我们利用最新的光束动力学代码，以执行这些模拟。
2008-10-15 physics.acc-ph
Demonstration of High-Efficiency Microwave Heating Producing Record Highly Charged Xenon Ion Beams with Superconducting ECR Ion Sources
本文提出用于超导 ECR 离子源的新型可移动 Vlasov 微波发射器，将微波功率效率提升约 4 倍，并使高电荷氙离子束电流最高提升至原有纪录的 2 倍。
2024-07-14 physics.acc-ph physics.plasm-ph
An efficient solution for accelerating very high intensity beams in the low and medium energy regime
利用0°同步相位，KONUS（“组合0°结构”，翻译自德语“Kombinierte GradGrad Struktur”）束流动力学策略能够在低和中能区使用无透镜的细长漂移管实现长加速段。它已经成功地实现了世界范围内许多布局紧凑，束流性能良好的室温H型直线加速器。在本文中，这种解决方案的进一步发展，即结合KONUS动力学与年轻的超导CH（交叉H型）结构，用于加速非常高的强度束。新的解决方案的效率已被证明为150毫安，6兆瓦的氘核直线加速器进行系统的设计研究。
2019-04-10 physics.acc-ph physics.app-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
MOMENT: a muon-decay medium-baseline neutrino beam facility
在建造更强大的中微子工厂之前，能量在300 MeV左右、高通量、中等基线的中微子束流被认为是测量CP破坏的合理选择。根据这一概念，提出了一种独特的基于μ子衰变中微子的中微子束装置。该装置采用1.5 GeV和10 mA的连续波质子直线加速器作为质子驱动器，可提供15 MW的极高束流功率。为了更好地区分背景，使用了空前强烈的μ介子衰变中微子，而不是π介子衰变中微子。本文介绍了该装置的设计方案，包括质子驱动器、汞射流靶和捕获超导体的组装、π/μ子束传输线、约600 m长的μ子衰变通道和探测器概念。最后讨论了其物理前景和面临的技术挑战。
2014-02-28 hep-ex physics.acc-ph
