Design Challenges in High-Current Pulsed Striplines
长基线中微子设施（LBNF）将产生世界上最强的中微子束。三个串联连接的磁喇叭将需要5 kV、300 kA、800 $μ$ s脉冲，频率为1.4 Hz，以聚焦光束。将单个电源连接到这些聚焦喇叭将需要长度超过60米的低阻抗连接。为了满足将喇叭连接到电源的挑战性要求，这种连接被设计为九导体、高电流脉冲带状线。它必须通过恶劣的辐射环境，被动冷却，并具有至少30年的使用寿命。本文讨论了机械和电气方面的考虑因素，如高压霍尔效应、夹紧接头性能和洛伦兹力缓解措施，以满足规定要求。将介绍和讨论几个原型的关键设计功能的测试和实验的结果。
2022-07-06 physics.acc-ph physics.app-ph physics.ins-det
Pulsed Electron Lenses for Space Charge Mitigation
本研究针对同步加速器的空间电荷流强限制问题，通过三维跟踪模拟验证脉冲电子透镜的缓解效果，证实其可有效提升空间电荷极限，为未来强流强子束装置提供技术参考。
2024-02-18 physics.acc-ph
Implementation of a 300 kA Pulsed Power Supply
Fermi National Accelerator Lab（费米国家加速器实验室）
本文介绍LBNF中微子设施中300kA脉冲电源的实现，通过原型验证组件设计，并展示单单元及32单元系统的测试结果，确保30年寿命。
2026-09-15 physics.acc-ph
Phase rotation of muon beams for producing intense low-energy muon beams
低能量μ子束对于罕见的衰变研究很有用，这为高能对撞机无法解决的新物理提供了途径。然而，μ子是在与所需的低能量不匹配的宽能量范围内产生的。在本文中，我们概述了一种相位旋转的方法，以显着提高低能量μ子的强度。μ子是由短脉冲质子驱动器产生的，并在产生后的漂移空间中形成时间-动量相关。一系列的射频腔被用来聚束μ子和相位能量旋转聚束到约100 MeV/c的动量。然后，另一组射频腔被用来将μ子束减速到低能量。这获得了每8 GeV质子约0.1 μ子，这明显高于目前计划的Mu 2 e实验，并将使下一代罕见衰变搜索和其他强μ子束应用成为可能。
2016-06-30 physics.acc-ph
A 300 kA Pulsed Power Supply for LBNF
长基线中微子设施（LBNF）将产生世界上最强的中微子束。三个串联连接的磁喇叭将需要5 kV、300 kA、800 $μ$ s脉冲，频率为0.7 Hz，以聚焦光束。费米实验室过去曾为喇叭设计和制造过脉冲大电流电源。主注入器（NuMI-NOvA）的中微子脉冲电流为205 kA，聚焦120 GeV光束，助推器中微子束（BNB-MiniBooNE）的脉冲电流为170 kA，聚焦8 GeV光束，已经运行了大约18年。虽然磁喇叭预计将被取代，LBNF喇叭电源预计将持续该项目的生命周期，30年。NuMI和BNB使用谐振半正弦波脉冲发生器，具有许多实际优势。该系统具有阻抗限制的故障电流的设计，虽然大。这与谐振特性一起意味着晶闸管开关非常适合。计算了系统的多种故障模式。几个电路的变化被纳入，使一个单一的故障可以容忍。供应必须是可逆的，以使中微子和反中微子都能产生。这些反转要求需要大量的机械设计和考虑，以允许所有半导体的快速反转。
2022-07-06 physics.acc-ph
Spectral and spatial shaping of laser-driven proton beams using a pulsed high-field magnet beamline
强烈的激光驱动的质子脉冲，固有的宽带和高度发散，提出了一个挑战，建立光束线的概念上的路径，以适应应用的照射场的形成，特别是对于3D。在这里，我们的实验表明，成功实现了一个高效的（50%的传输）和可调的双脉冲螺线管设置，以产生一个均匀的（8.5%的均匀性横向和深度）的体积剂量分布（圆柱体体积的5毫米直径和深度）在一个单一的脉冲剂量为0.7 Gy通过多能量切片选择从广泛的输入频谱。实验已经进行了在德累斯顿激光加速源Draco的拍瓦光束，并通过质子输运研究验证的预测模拟模型的帮助。与特征束线，我们研究了操纵和匹配的横向和深度剂量分布到各种所需的应用和目标。使用专门调整的剂量分布，我们成功地进行了第一个概念验证的激光驱动质子辐照体积体内正常组织（斑马鱼胚胎）和体外肿瘤组织（SAS球体）样品的研究。
2020-04-06 physics.acc-ph
Concept of Powerful Multistage Coaxial Cyclotron for Pulsed and Continuous Beam Production
本文介绍了具有分离轨道的大半径多级同轴回旋加速器的概念，它能产生能量为120-2000 MeV的质子束，脉冲功率为几十GW，连续功率为几百MW。加速射束损失必须小于0.1 W/m，以获得截取的平均射束功率线密度。该概念固有地被配置为主动补偿束聚束中的纵向和横向空间电荷膨胀。这些是基于（1）积极地改变束流加速平衡相位，同时保持等时性，独立地为每个回旋加速器匝;（2）独立地改变加速电压为每个匝连同轨道校正，保持等时性;（3）独立地改变横向电子感应加速器振荡调谐移位，以确保非共振操作。此外，（4）包括六极透镜以补偿色度效应。此外，这一概念是基于迄今为止在束流加速和存储技术中取得的实际成功结果的最佳利用。这种加速器可用于提供脉冲强中子源，而无需使用储存环，并驱动不同的嬗变技术。作为这样的回旋加速器系统的一个例子，我们描述了我们的方法，加速单束质子束在高达1 GeV的能量，脉冲束功率为80 GW和束持续时间为2 ns。示例性回旋加速器加速器系统被配置为位于6-GeV埃里温电子同步加速器的屏蔽结构中。这种回旋加速器系统的成本估计约为40，000，000美元，如果在亚美尼亚实施，大大降低劳动力成本。
1999-08-29 physics.acc-ph
Ultrafast Polarization of an Electron Beam in an Intense Bi-chromatic Laser Field
在这里，我们证明了高能电子束与超短脉冲双色激光场碰撞的辐射偏振。采用玻尔兹曼动力学方法的电子分布，使我们能够模拟在很宽的参数范围内的光束偏振，并确定最大的辐射偏振的最佳条件。这些结果进行了对比与蒙特卡罗算法，光子发射和相关的自旋效应完全量子力学处理自旋相关的光子发射率。后一种方法包括现实的聚焦激光场，这使我们能够模拟一个短期的实验可行的情况下，从1 PW激光脉冲散射的8 GeV的电子束，并提供一个测量，将验证超快的辐射偏振在高强度的激光脉冲，我们预测。自旋相关的辐射反应方面进行了讨论，自旋极化导致一个可测量的（5%）分裂的自旋和自旋下降的电子的能量。
2019-12-04 hep-ph physics.acc-ph physics.plasm-ph
A Very Intense Neutrino Super Beam Experiment for Leptonic CP Violation Discovery based on the European Spallation Source Linac: A Snowmass 2013 White Paper
为了发现轻子区的CP破坏，需要非常强的中微子束和大型中微子探测器。我们建议使用的质子直线加速器的欧洲spiritus源目前正在建设中的瑞典隆德提供，在平行的spiritus中子生产，一个非常强烈的，具有成本效益和高性能的中微子束。欧洲质子源直线加速器的基线计划是，到2022年，它将以5兆瓦的平均功率全面运行，以14赫兹的速率产生2 GeV 2.86 ms长的质子脉冲。我们的建议是将直线加速器升级到10兆瓦的平均功率和28赫兹，产生14脉冲/秒的中子生产和14脉冲/秒的中微子生产。此外，由于在脉冲中微子喇叭中需要高电流，用于中微子产生的脉冲的长度需要借助于蓄能器环被压缩到几个$μ$ s。一个长基线实验，使用这个超级光束和一个百万吨级地下水切伦科夫探测器位于现有的矿井300-600公里，从隆德将有可能发现轻子CP破坏在5 $σ$显着性水平高达50%的轻子狄拉克CP破坏相位范围。如果这个问题到那时还没有被其他实验解决的话，这个实验也可以确定中微子质量等级的显著性水平超过3 $σ$。将中微子束流结果与同一大体积探测器探测大气中微子的结果相结合，可以提高质量分级性能。该探测器还将用于测量质子寿命，探测宇宙中微子和超新星爆炸中微子。给出了对轻子CP破坏的敏感性和中微子质量等级的结果。
2013-11-12 hep-ex hep-ph physics.acc-ph
Collimation with hollow electron beams
提出了一种新的控制强流高能束晕在储存环和对撞机中的消除概念。它是基于循环束的相互作用与5千电子伏，磁约束，脉冲空心电子束在一个2米长的部分环。电子包围循环束流，横向踢晕粒子并使束流核心不受干扰。通过充当可调谐扩散增强器而不是硬孔径限制，中空电子束准直器将常规准直系统扩展到超出由可容忍损耗施加的强度限制。这个概念在费米实验室的Tevatron质子-反质子对撞机上进行了实验测试。本文介绍了980-GeV反质子准直的初步结果。
2011-07-11 physics.acc-ph
Imaging nanoscale spatial modulation of a relativistic electron beam with a MeV ultrafast electron microscope
基于加速器的MeV超快电子显微镜（MUEM）被认为是研究纳米空间尺度和皮秒时间尺度结构动力学的一种有前途的工具。在这里，我们报告的实验测试的原型MUEM高品质的图像与纳米级的精细结构记录与脉冲3兆电子伏皮秒电子束。在单激发模式下操作的MUEM的时间和空间分辨率为约4 ps（FWHM）和100 nm（FWHM），对应于4 e-19 s*m的时间-空间分辨率，比用现有技术的单激发keV UEM实现的时间-空间分辨率高约2个数量级。使用该仪器，我们提供了可视化的纳米级周期性的空间调制的电子束，这可能会被转换成纵向密度调制通过发射度交换，使生产高功率相干辐射在短波长的演示。我们的研究结果标志着朝着单次发射纳米分辨率MUEM和紧凑的强X射线源迈出了一大步，这些X射线源可能在许多科学领域中具有广泛的应用。
2018-03-15 physics.acc-ph
A Real-Time Energy Monitor System for the IPNS Linac
注入束流能量和能散是影响快循环同步加速器（RCS）性能的关键参数。正在安装一个实时能量监测系统，以检查强脉冲中子源（IPNS）50 MeV直线加速器的H束流。200 MHz阿尔瓦雷斯直线加速器作为450 MeV IPNS RCS的注入器。直线加速器提供了一个80毫秒的宏脉冲约3 × 1012 H-离子30次每秒的滑行束注入到RCS。RCS将质子输送到重金属的spiritual中子靶，用于材料科学研究。使用沿50 MeV传输线从直线加速器到RCS分布的多个带状线束流位置监测器（BPM），将来自带状线的快速信号数字化并传送到执行FFT的计算机。在频域中对电缆衰减和示波器带宽进行校正。矩形脉冲训练定相（RPTP）施加在获得逆变换（IFFT）之前的频谱。在IFFT之后，当重构的时域信号沿着传输线前进时，分析重构的时域信号的脉冲宽度。BPM信号的飞行时间测量提供射束能量。最后，使用3尺寸测量技术，确定了束流的纵向发射度和能散。
2000-08-18 physics.acc-ph
High-charge collimated and energy-selected laser-driven MeV electron beams produced by magnetic selection
Technion（以色列理工学院）；“Horia Hulubei” National Institute for Physics and Nuclear Engineering（霍里亚·胡鲁贝伊国家物理与核工程研究所）；University of Bucharest（布加勒斯特大学）；LULI - CNRS, CEA, UPMC Univ Paris 06 : Sorbonne Université, Ecole Polytechnique, Institut Polytechnique de Paris（联合激光惯性约束聚变实验室（CNRS、CEA、巴黎第六大学：索邦大学、巴黎综合理工学院、巴黎理工学院））；Graduate School of Engineering, The University of Osaka（大阪大学研究生院工学研究科）；Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses, LNCMI-CNRS, EMFL, Université Grenoble-Alpes, Université Toulouse 3, INSA Toulouse（强磁场国家实验室（LNCMI-CNRS、EMFL、格勒诺布尔阿尔卑斯大学、图卢兹第三大学、图卢兹国立应用科学学院））；Light Stream Labs LLC（光流实验室有限责任公司）；Instituto Superior Técnico（里斯本技术学院）
该研究开发了紧凑型被动能量选择器，结合脉冲磁场，产生高准直窄带MeV电子束，补偿激光驱动电子的宽带与大发散问题，可用于多领域应用。
2026-09-07 physics.acc-ph physics.ins-det physics.plasm-ph
Bright muon source driven by GeV electron beams from a compact laser wakefield accelerator
利用蒙特卡罗模拟，对激光尾场加速（LWFA）产生的能量范围为1 ~ 10 GeV的电子束与钨靶相互作用驱动的有源μ介子源的产生和特性进行了系统的定量研究.在不久的将来，10 GeV的电子束，可实现从LWFA使用飞秒多PW激光器，在一个紧凑的设置驱动明亮的μ子对的源。我们发现，使用一个发散角为1 mrad、电荷为100 pC的准单能10 fs、10 GeV电子束团，可以产生一个高定向性、强强度的短脉冲GeV μ子对源，其峰值亮度为5 × 10^17对/s/cm^2/sr，持续时间小于100 ps。μ子对从具有明确定义的位置和定时的点状源发射，并且源的尺寸和几何发射度分别约为1 mm和40 μ m。这种μ子源在μ子射线照相、μ子反常偶极矩和稀有衰变研究、中微子振荡以及未来紧凑型μ子对撞机的注入器等方面有着重要的应用价值。
2018-06-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
