The design study for a 500 MeV proton synchrotron with CSNS linac as an injector
利用中国空间中子源（CSNS）直线加速器作为注入器，提出了一种500 MeV质子同步加速器，用于生物、材料和质子治疗等多学科应用。同步加速器将提供能量从80 MeV到500 MeV的质子束。设计了一个紧凑的格子结构，并研究了所有重要的束流动力学问题。80 MeV的H-束流被剥离后，采用多圈注入的方式注入同步加速器。为了在小束流损失的情况下连续提取质子，提出了消色差结构，并采用了射频敲除的慢提取方法。
2016-04-12 physics.acc-ph
Steady-State Neutronic Analysis of Converting the UK CONSORT Reactor for ADS Experiments
CONSORT是英国仅存的民用研究反应堆，其目前的核心很快将被拆除。本研究探讨了通过更换燃料和安装由外部质子加速器驱动的散中子靶来重新使用反应堆设施进行加速器驱动系统研究的可行性。MCNP 5/MCNPX用于模拟替代的高密度燃料及其与回旋加速器产生的230 MeV质子的中子耦合，该质子从侧面撞击固体钨溅射靶到堆芯。低浓缩铀三硅二和铀-9钼被认为是候选物，只有铀-9钼被认为在紧凑堆芯中是可行的;燃料元件的尺寸和布置与原始堆芯布局保持相同，以尽量减少热工水力和其他变化。反应堆热功率高达2.5千瓦的keff为0.995，大到足以进行反应堆动力学实验预测。
2011-07-01 physics.acc-ph
An Overview of the Spallation Neutron Source Project
Spanish中子源（SNS）由六个国家实验室的工作人员设计，建造，安装和调试，阿贡国家实验室，布鲁克海文国家实验室，杰斐逊国家加速器实验室，劳伦斯伯克利国家实验室，洛斯阿拉莫斯国家实验室和橡树岭国家实验室。加速器系统的设计提供了一个695纳秒的质子脉冲到汞靶在60赫兹的重复率和平均功率为2兆瓦。中子减速器将把散中子转化为慢中子，用于材料科学研究。前端系统被设计为产生一个H-束的微脉冲，68%的光束，32%的光束关闭每965纳秒，在2.5 MeV的1毫秒，每秒60次。前端系统包括射频驱动的批量生产离子源、束流斩波系统、前置放大器和束流传输。离子源必须达到约65 mA，才能在直线加速器的输入端提供52 mA。直线加速器由一个漂移管直线加速器高达86.8 MeV，耦合单元直线加速器185 MeV，和超导RF直线加速器的标称能量为1 GeV。超导段的设计包括11个每个低温模块具有三个0.61-β腔的低温模块和17个每个低温模块具有四个0.81-β腔的低温模块，并具有安装四个0.81-β低温模块的空间。蓄能器环设计用于在全能量下进行电荷交换注入。对于2-MW操作，在累积循环结束时每束的峰值电荷将达到2.08x10**14。目标是将光束损失控制在1x 10 **-4以下。
2000-08-22 physics.acc-ph
Experimental demonstration of the short bunch extraction by bunch rotation in a high-intensity rapid cycling proton synchrotron
短束团质子束对于白中子束和μ子束的应用具有重要意义。中国空间中子源（CSNS）的加速器组合体主要用于中子散射技术，其中质子脉冲长度不是很敏感。本文对CSNS快循环同步加速器（RCS）能否通过束团旋转引出短束团质子束进行了理论和实验研究。RCS实验结果清楚地显示了束团的伸长和旋转过程，证明了该方法在射频体操过程和高强度束流情况下的有效性。当束流功率为50 kW，注入时纵向发射度为法向时，获得了束团长度约为正常工作模式下束团长度53%的质子束流，并将其传输到溅射靶上。在注入时纵向发射度减小，束流功率为30 kW的情况下，获得的最短引出束团长度约为正常工作模式下的26%。还测试了不同的机器设置，以显示RF和磁场之间的去磁化的影响、RF电压的非绝热上升时间和绝热衰减时间对提取聚束长度的影响。实验结果与理论和模拟结果吻合较好。有趣的是，观察到空间电荷对聚束延长具有有益的影响，这将导致在提取时的较短聚束以及较晚的聚束旋转。RCS中射频和磁场之间的受控去磁方法也被证明是成功的。
2021-08-20 physics.acc-ph
Large-Scale Simulation of Beam Dynamics in High Intensity Ion Linacs Using Parallel Supercomputers
在本文中，我们提出了使用并行超级计算机模拟下一代高强度离子直线加速器的束流动力学的结果。我们的方法使用六种类型的边界条件的三维空间电荷计算。模拟使用混合的方法，涉及转移映射来处理外部施加的字段（包括射频腔）和平行的粒子在细胞技术来处理的空间电荷场。这里提出的大规模模拟结果代表了三个数量级的改进，在问题的大小和执行速度方面的模拟能力，与典型的二维串行模拟。具体的例子将被介绍，包括模拟的散斑中子源（SNS）直线加速器和低能演示加速器（LEDA）束晕实验。
2000-09-30 physics.acc-ph
The European Spallation Source neutrino Super Beam Conceptual Design Report
这份概念设计报告详细介绍了欧洲空间源中微子超级束（ESS $ν$ SB）可行性研究。该设施是在2012年报告的中微子混合角$θ_{13}$相对较大的测量值之后提出的，这提高了用常规中微子束在轻子扇区观察潜在的CP破坏的可能性。$θ_{13}$的测量值还允许$2^{nd}$振荡最大值而不是更典型地研究的$1^{st}$最大值用于发现CP破坏。在该$2^{nd}$振荡最大值处的灵敏度比在$1^{st}$处的灵敏度高约三倍，这意味着系统误差的影响减小。在$2^{nd}$振荡最大值下工作需要具有适当能量的非常强的中微子束。欧洲脉冲中子源（ESS）是目前世界上最强的脉冲中子源，它的质子直线加速器工作在5，MW功率、2，GeV动能、14 Hz重复频率（脉宽3 ms，占空比4%）。在本设计研究中，提出了加倍的重复率和压缩束脉冲到微秒的水平，以提供额外的5~MW的质子束中微子的生产。对这种中微子超级束流的物理性能进行了评估，并与安装在距离ESS 360- 550 km处的百万吨级地下水切伦科夫中微子探测器进行了配合。ESS质子直线加速器的升级，质子脉冲压缩所需的储能环，目标站的设计和优化，近探测器和远探测器复合体，和该设施的物理潜力都在本报告中描述。ESS直线加速器将于2025年投入使用，届时中微子设施的升级工作可能会开始。
2022-06-02 hep-ex hep-ph physics.acc-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
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
Simulation on Buildup of Electron Cloud in Proton Circular Accelerator
电子云与高能正束流的相互作用被认为是导致高功率质子环形加速器真空退化、集体束流不稳定甚至束流损失等各种不良效应的原因。预测电子云不稳定性的一个重要不确定性在于电子云产生和积累的详细过程。对电子云的建立过程进行数值模拟是进一步研究电子云引起的束流不稳定性的必要条件。中国空间中子源（CSNS）是正在建设中的最大的科学工程，其加速器组合体包括两个主要部分：H-直线加速器和快循环同步加速器（RCS）。RCS积累80 MeV质子束，并以25 Hz的重复频率将其加速到1.6GeV。在低能束流注入过程中，出现的电子云会引起真空管的严重不稳定和束流损失。开发了CSNS/RCS中电子云的建立、分布和密度的仿真程序。
2015-08-01 physics.acc-ph
A Superconductive, Low Beta Single Gap Cavity for a High Intensity Proton Linac
一个单间隙，352兆赫超导再入腔5-100兆电子伏束已设计完成，目前正在建设中。这一发展是在核废料嬗变的30毫安质子直线加速器项目的框架内进行的。将描述这种腔的机械、低温和射频设计特性。
2000-07-27 physics.acc-ph
FNAL Proton Source High Intensity Operations and Beam Loss Control
40年前的费米实验室质子源机器，由预注入器，直线加速器和同步加速器助推器组成，一直是费米国家加速器实验室（费米实验室）的主力。在此期间，高能物理计划要求增加质子通量，特别是在过去十年中，费米实验室开始了中微子计划。为了实现一个成功的计划，助推器进行了重大升级和更改。再次，质子源已被充电，以使其束流吞吐量增加一倍，同时保持目前的剩余激活水平，以满足实验室强度前沿计划的目标，直到新的机器被建造和运行，以取代质子源机器。本文讨论了目前的性能助推器和计划涉及达到更高的强度。
2014-08-29 physics.acc-ph
Industrial Fabrication of Medium-Beta SCRF Cavities for a High-Intensity Proton Linac
在1999年期间，四个700兆赫，中β（b = 0.64），超导射频（SCRF）腔的高强度质子直线加速器项目在洛斯阿拉莫斯国家实验室（LANL）制造的工业。SCRF腔体由美国新墨西哥州洛斯阿拉莫斯的LANL团队设计，并在法国罗马的CERCA工厂制造。空腔由4 mm厚的固体铌片制成，其剩余电阻率比（RRR）大于250。这些铌板由Wah Chang（美国）、Heraeus AG（德国）和Tokyo Denkai（日本）提供。SCRF腔体被运送到LANL进行性能测试。本文描述了在CERCA生产过程中获得的经验。
2000-08-16 physics.acc-ph
CW high intensity non-scaling FFAG proton drivers
加速器在基础科学、技术和医学中发挥着越来越重要的作用，包括核能、工业辐照、材料科学和中微子生产。特别是质子和光离子加速器具有许多研究，能源和医疗应用，为许多类型的癌症提供了最有效的治疗方法之一。超高强度高能质子驱动器是加速器驱动次临界反应堆（ADS）和许多HEP计划（μ子对撞机）的关键技术。这些高强度GeV范围的质子驱动器特别具有挑战性，在同步加速器中遇到占空比和空间电荷限制，在弱聚焦回旋加速器中遇到机器尺寸问题; 10-20 MW质子驱动器目前被认为在技术上无法用传统的再循环加速器实现。一种尚未开发的再循环加速器，即固定场交变梯度加速器（FFAG），是回旋加速器的一种有吸引力的替代品。其强大的聚焦光学系统预计将减轻空间电荷效应，最近的设计创新将稳定的调谐与等轨道耦合，使FFAG能够像经典回旋加速器一样进行固定频率的CW加速。本文报道了这些新的进展FFAG加速器技术和参考先进的建模工具，为固定场加速器开发的和独特的代码COSY INFINITY。
2012-08-28 physics.acc-ph
High Intensity Secondary Beams Driven by Protons
作为2013年社区夏季研究中强度前沿工作的一部分，2013年4月17日至20日在纽约州厄普顿的布鲁克海文国家实验室举行了一次关于质子机能力的研讨会（质子束驱动的高强度次级束）。研讨会的主要目的是了解：1）拟议的高强度质子束测量的束要求; 2）现有的世界范围内的高功率质子机器的能力; 3）质子设施升级计划和新设施的建议; 4）并记录质子加速器和目标系统的研发需求，以支持拟议的强度前沿测量。这些问题将在本摘要中讨论。
2013-08-21 physics.acc-ph physics.ins-det
Optimizing neutron moderators for a spallation-driven ultracold-neutron source at TRIUMF
我们报告我们的努力，以优化的几何形状的TRIUMF超冷先进中子（TUCAN）源使用MCNP模拟的中子减速器和转换器。它将使用一个现有的散中子源，由TRIUMF的520 MeV回旋加速器提供的19.3千瓦质子束驱动。散中子将在室温下的重水和20 K的液态氘中慢化，然后在超流、同位素纯化的$^4$ He中超热转化为超冷中子。氦气将通过$^3$ He- $^4$ He热交换器由$^3$ He制冷机冷却。优化考虑了一系列工程和安全要求，并指导了源的详细设计。对于27 L的生产体积，输送到典型实验的预测超冷中子密度最大化，实现了$1.4 \cdot 10^7$ s $^{-1}$到$1.6 \cdot 10^7$ s $^{-1}$的生产速率，热负荷为8.1 W。在这个热负荷下，冰箱可以将超流氦冷却到1.1 K，从而使超冷中子在源中的储存寿命约为30 s。最关键的性能参数是冷减速剂的选择和包含超流氦的容器的体积、厚度和材料。该源计划于2021年安装，将使TUCAN合作能够以$10^{-27}$ e cm的灵敏度测量中子的电偶极矩。
2020-01-22 nucl-ex physics.acc-ph physics.ins-det
Energy Stability in a High Intensity Pulsed SC Proton Linac
用于中子散射实验的质子源以及多用途的质子加速器都需要脉冲式质子直线加速器。对于高能部分的超导技术有着普遍的共识，与室温加速结构相比，它提供了一些优势，如更高的梯度能力或降低运营成本。然而，这种操作模式可能会破坏质子束的能量稳定性，因此需要仔细研究。首先，由沿着多单元腔的大光束相位滑动引起并与有限的RF能量传播相关的瞬时光束负载效应可能会在细胞间耦合太小或细胞数量太多的情况下引起显着的能量调制。第二，由于沿直线加速器的束流相位滑移效应，能量扩散表现出比相对论粒子更大的灵敏度腔场波动。最初为电子束开发的计算机代码已扩展到质子束。它解决了6 × N耦合微分方程，需要描述腔场和束-腔相互作用的高能直线加速器的N个腔。给出了一个典型脉冲加速器的仿真例子，给出了各种误差源，如洛伦兹力或颤噪失谐，束流注入能量偏移，强度抖动.
2000-08-18 physics.acc-ph
Transverse beam shape measurements of intense proton beams using optical transition radiation
一些粒子物理实验被提议作为能源部HEP强度前沿的一部分。这些实验中的许多将利用兆瓦级质子束到目标上，以形成μ子、K介子和中微子的次级束。这些实验需要对每次射束溢出的入射质子束到靶上的横向尺寸进行测量。由于高功率水平，大多数光束拦截轮廓技术将不能在全光束强度下工作。讨论了利用光学渡越辐射（OTR）进行强流质子束剖面测量的可能性。此外，以前的测量OTR光束轮廓从NuMI光束线。
2012-10-03 physics.acc-ph
Calculation of acceptance of high intensity superconducting proton linac for Project X
Project-X是计划在美国费米实验室建造的高强度质子设施。它的超导直线加速器将用于第一阶段的加速，将以连续波（CW）模式运行。直线加速器分为三个部分的基础上的工作频率和六个部分的基础上的家庭的RF腔用于加速束流从2.5 MeV到3 GeV。从一个部分到另一个部分的过渡可能会限制直线加速器的验收，如果这些不匹配。我们进行了一项研究，以计算接受的直线加速器在纵向和横向平面。对限制纵向验收的最敏感区域进行了调查，并研究了关键位置梁线元件失效对验收的影响。
2012-02-24 physics.acc-ph
Study on multi-fold bunch splitting in a high-intensity medium-energy proton synchrotron
束团分裂是在强流同步加速器中改变束团结构、束团数目和束团强度的一种射频操纵方法。实现聚束分裂的有效方式是使用不同谐波RF系统的组合，诸如具有基波和二次谐波RF系统的组合的聚束的双重聚束分裂。两重束团分裂和三重束团分裂方法已得到实验验证，并成功地应用于LHC/PS。本文给出了一种广义多重束分裂方法。研究了利用多谐波射频系统实现五重束团分裂的方法，并将其初步应用于超级质子-质子对撞机（SPPC）注入器链的第三加速器--中间级同步加速器（MSS），以缓解SPPC中单个束团的堆积效应和集体不稳定性。结果表明，五次束团分裂是可行的，分裂后束团布居分布和纵向发射度增长都是可以接受的，总体偏差为几个百分点，总发射率增长小于10%。
2021-02-04 physics.acc-ph
Proton Beam Intensity Upgrades for the Neutrino Program at Fermilab
费米实验室致力于将其加速器复合体升级到强度前沿，以在中微子领域及其他领域进行HEP研究。升级有两个步骤：1）正在进行的质子改进计划（PIP）的主要目标是到2017年底开始在NOvA目标上提供700 kW的束流功率，以及2）预见的PIP-II将在下一个十年中期之前用800 MeV超导LINAC取代现有的LINAC，即助推器的400 MeV注入器，其中来自助推器的输出束强度显著增加，并且NOvA靶上的束功率增加到<1.2MW。无论如何，费米实验室助推器将在未来20年发挥非常重要的作用。在这方面，我们最近为助推器开发并委托了一个创新的束流注入方案，称为“早期注入方案”。“这个方案已经在运行，并有可能增加助推器束流强度从PIP的设计目标相当大的数额与减少束流发射度和束流损失。在本文中，我们将介绍我们的经验，从新的计划在操作中，目前的状况和未来的计划。
2017-05-03 physics.acc-ph
A Muon Source Proton Driver At JPARC-Based Parameters
中微子工厂和/或μ子对撞机的“终极”高强度质子源被设计为~4 MW多GeV质子源，提供~15 Hz的短而强的质子脉冲。JPARC ~1 MW加速器提供的束流参数在许多方面与这些目标重叠。来自JPARC主环的质子脉冲可以很容易地满足脉冲强度目标。我们探讨这些参数，描述重叠，并考虑扩展，可能会采取一个类似于JPARC的设施，这个“最终”的来源。JPARC本身可以作为这种工具的第1阶段源。
2017-04-25 physics.acc-ph
Tests of the CERN Proton Linac Performance for LHC-Type Beams
作为LHC注入器链的预注入器，CERN的质子直线加速器需要为质子同步加速器提供高强度（180mA）的束流。将提供在该强度下的测量结果。此外，直线加速器现在配备了来自莫斯科INR的束团形状监视器，这使得阿尔瓦雷斯坦克RF设置与模拟进行比较。
2000-08-17 physics.acc-ph
High intensity cyclotrons for neutrino physics
近年来，人们对超过几毫安的高强度质子束的兴趣已经上升。潜在的应用是在中微子物理学，材料和能源研究，以及同位素生产。由于加速器技术的进步和对束流动力学的更好理解，5到10毫安的连续波质子束现在已经可以实现。作为一个例子的应用程序，我们提出了建议的IsoDAR实验，寻找所谓的无菌中微子和非标准的相互作用，使用KamLAND探测器位于日本。我们提出了更新的灵敏度为这个实验，并详细描述了高强度质子驱动器，使用几个新的想法的设计。这些是：加速H2+而不是质子，通过射频四极杆（Quadrupole，RFID）将束直接注入回旋加速器，并仔细匹配束以实现所谓的涡旋运动。初步设计在PIC模拟研究中表现良好，注入器系统正在建造中，将与1 MeV的试验回旋加速器一起投入使用。
2018-11-05 physics.acc-ph
A fast-switching magnet serving a spallation-driven ultracold neutron source
一个快速开关，高重复率的磁铁和电源已开发和运行在TRIUMF，提供质子束到新的超冷中子（UCN）设施。该装置具有独特的操作要求：时间平均束流为40~ $μ$ A，并能在几分钟内开关束流。这些要求与TRIUMF回旋加速器的典型操作模式相冲突，TRIUMF回旋加速器向多个用户提供几乎连续的束流。为了能够创建UCN设施，与另一个设施作出了波束共享安排。射束共享由快速开关（冲击器）磁铁实现，快速开关磁铁在50 $μ$ s内斜升到193 A的电流，并在此保持约1 ms，然后在相同的短时间内斜降。这实现了12 mrad的偏转，这足以在两个设施之间切换质子束。冲击磁铁依靠一个高电流、低电感的线圈连接到一个基于绝缘栅双极晶体管（IGBT）的快速开关电源。冲击磁铁系统的设计和性能和初始束流传输结果的报告。
2019-08-11 nucl-ex physics.acc-ph physics.ins-det
Laser Manipulation of H- Beams: a Snowmass 2022 White Paper
未来的高功率（10 - 20兆瓦）强子加速器为基础科学和核应用提供了许多独特的机会。随着2.8 MW质子动力升级（PPU）[1]和5 MW欧洲散裂源（ESS）[2]的完成，人们的注意力将集中在强子加速器界的下一台高功率机器上。用金刚石剥离箔进行电荷交换注入到同步加速器中，比直接质子加速有很大的优势。然而，在临界束功率密度以上的箔升华和由于散射引起的束损失（对于SNS，在10 MW下约10 rem/h）存在明显的限制。
2022-03-16 nucl-ex physics.acc-ph
A High-Intensity H- Linac at CERN Based on LEP-2 Cavities
鉴于欧洲核子研究中心加速器复合体可能向更高的质子强度发展，设计了一个具有4 MW束流功率的2.2 GeV H-直线加速器，用于与基于μ子的中微子工厂的质子驱动器的蓄能器和压缩机环连接。该直线加速器的高能部分可以使用2000年底LEP对撞机退役后的大部分射频设备（超导腔和速调管）。最近的结果有关低β超导腔，直线加速器设计的主要特点进行了说明。完整的直线加速器为基础的质子驱动器的设施进行了概述，并强调了对直线加速器设计的要求，具体到中微子工厂的影响。
2000-08-18 physics.acc-ph
High precision proton beam monitor system concept design on CSNS based on SiC
该研究为中国散裂中子源设计基于碳化硅PIN传感器的高精度质子束监测系统，完成概念设计并测试各组件，实现束流注量不确定度低于1%。
2024-03-14 physics.acc-ph physics.ins-det
Design and performance of LLRF system for CSNS/RCS
快循环同步加速器（RCS）是中国空间中子源（CSNS）的一部分。RCS提供1.6GeV的质子，重复频率为25Hz。雷达散射截面射频系统主要由铁氧体加载射频腔、大功率四极管放大器、3300A偏置电源和基于FPGA的数字低电平射频（LLRF）系统组成。LLRF系统的主要挑战是解决快速扫频和重束流加载效应所引起的问题。本文将介绍的LLRF系统的设计和结构，并显示性能测试的结果。
2014-04-10 physics.acc-ph
Proton Dynamics Scenarios in the Integrable Optics Test Accelerator (IOTA) at Fermilab
Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）
本文研究IOTA中2.5 MeV质子束在两种裸露晶格配置下的参数和动态，探讨非线性可积光学和电子冷却的应用，分析束流强度对横向发散率增长的影响。
2026-04-02 physics.acc-ph
Studies of Beam Intensity Effects in Fermilab Booster Synchrotron
有害的束流动力学效应限制了高强度快速循环同步加速器（RCS）的性能，如8 GeV质子费米实验室助推器。在这里，我们报告的各种光束强度依赖效应的综合实验研究结果的助推器。在第一部分中，我们报告的依赖关系的助推器光束强度损失的质子每脉冲的总数和关键的操作参数，如机器的曲调和色度。然后，我们对束流发射度的两种测量方法（多丝正比室和电离剖面监测器）进行了交叉检验。最后，利用强度相关发射度增长效应分析了在最大空间电荷调谐参数Qsc = 0.6，注入能量从0.4GeV提高到0.8GeV的情况下，该装置的最终性能。
2020-12-22 physics.acc-ph
Laser-assisted high-energy proton pulse extraction for feasibility study of co-located muon source at the SNS
我们已经通过实验证明了第一个非侵入性的1-GeV质子束提取产生μ子的时间结构优化的μ子自旋弛豫/旋转/共振（MuSR）的应用。在空间中子源（SNS）加速器的高能束流输运中，利用激光中和1GeV氢离子（H-）束流的方法提取质子脉冲。提取的质子束的最大通量仅占用于中子生产的总质子束的0.2%，与其他共定位μ子和中子设施的20%的减少有显著差异，因此所提出的方法将导致对SNS操作的影响可以忽略不计。本文介绍了脉冲结构和输出功率灵活性高的光纤/固体混合激光器系统的研制、H-束的激光中和和H 0束与现有SNS加速器束线分离的初步实验、H 0在SNS直线加速器倒堆处转化为质子的初步实验以及30 ns/50 kHz质子脉冲的测量结果。该系统最终证明了基于激光的质子束提取为SNS世界领先的MuSR设施提供动力的可行性。
2020-04-07 physics.acc-ph physics.ins-det
Project X - a new multi-megawatt proton source at Fermilab
X项目是一个多兆瓦的质子设施，正在开发中，以支持基本粒子物理学的强度前沿研究，并可能应用于费米实验室的核物理和核能研究。该计划的核心是一个超导H-直线加速器，它将支持世界领先的长基线中微子实验和稀有过程研究计划。基于与国际直线对撞机（ILC）共享的技术，X项目将从主注入器提供60-120 GeV的多MW光束，同时以较低的能量提供非常高的强度光束。X项目还将支持Muon对撞机的开发，作为能源前沿的未来设施。
2012-08-28 physics.acc-ph
Enabling pulse compression and proton acceleration in a modular ICF driver for nuclear and particle physics applications
在集体激光-等离子体相互作用中存在有效的离子加速机制，这为结合惯性约束核聚变和中子源项目开发高能物理设施提供了可能性。在本文中，我们表明，脉冲压缩的要求，使操作这些加速机制不属于与目前的高重复率ICF驱动器的技术相矛盾。特别是，我们明确地讨论了一种解决方案，利用光学参量啁啾脉冲放大和激光器的内在模块性，旨在ICF。
2005-12-07 hep-ex physics.acc-ph physics.optics
Laser Stripping via a Broad Stark State for a High-Intensity Proton Ring
提出了一种新型的利用激光束和波荡器磁体对高强度质子环进行电荷交换注入的方案。基元剥离过程是通过在势垒峰值附近的能级处的斯塔克效应形成的宽斯塔克态的共振光电离。本文介绍了用于估算所需激光束和磁场参数的方法。作为实际加速器的应用，提出了一种采用高精细度法布里-珀罗谐振腔和波荡器的激光剥离系统。对H $^0$原子的抽运导致的光子损失、系统的可调谐性以及波荡器磁体中的剥离导致的发射度增长进行了估算。
2002-11-07 physics.acc-ph physics.atom-ph
The European Spallation Source neutrino Super Beam
在这份Snowmass 2021白皮书中，我们总结了欧洲中微子源中微子超级束（ESSvSB）实验的概念设计及其与未来可能的基于μ子的设施的协同作用，例如低能nuSTORM和μ子对撞机。ESSvSB将受益于位于瑞典隆德的欧洲中微子源（ESS）LINAC的5兆瓦高功率，以产生世界上最强的中微子束，从而能够在第二个振荡最大值下进行测量。假设暴露十年，物理模拟表明，可以在超过70%的Delta CP值上建立CP不变性违规，其显着性为5 sigma，并且Delta CP角的测量误差小于8度对于所有Delta CP值。然而，在实现最终的技术设计之前，必须进一步研究一些技术和物理挑战。在第二个振荡最大值处进行测量需要具有适当能量的非常强的中微子束。为此，ESS质子束LINAC（旨在产生世界上最强的中子束）将需要升级到10 MW功率，2.5 GeV能量和28 Hz束脉冲重复率。将ESS LINAC束脉冲从2.86毫秒压缩到1.3微秒需要一个储能环。需要一个高功率目标站设施来产生聚焦良好的强（超）μ中微子束。中微子超级束的物理性能与百万吨级地下水切伦科夫中微子远探测器安装在距离ESS的360公里或540公里，基线，已被评估。
2022-03-15 hep-ex physics.acc-ph
Demonstration of a novel phase space painting method in a coupled lattice to mitigate space charge in high-intensity hadron beams
Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）
本文提出了一种新的相空间绘画方法，用于在耦合晶格中减轻高强度强子束团中的空间电荷，通过实验实现了对相空间分布的四维控制，并验证了其在Spallation Neutron Source (SNS) Accumulator Ring中的应用效果。
2026-01-21 physics.acc-ph physics.app-ph
Target Considerations for a Very Cold Neutron Source
建议的极冷中子源（VCNS）将以5 Hz和1 GeV的4 ms长脉冲工作。每个脉冲的能量将为300 kJ，远高于Spanitary中子源（33 kJ/脉冲）或目前的IPNS（0.3 kJ/脉冲），靶上的峰值功率将为75 MW。本文讨论了想法的VCNS目标，并检查进行目标测试的可能性，在8-GeV的质子直线加速器，这是正在研究的建设在费米实验室。
2019-08-09 physics.acc-ph physics.ins-det
Probing the losses for a high power beam
Paul Scherrer研究所（PSI）的高强度质子加速器（HIPA）回旋加速器可提供590 MeV CW质子束，最大功率为1.42 MW。提取后，束流在一个120米长的通道中被转移到两个目标站（TgM和TgE），用于表面μ子生产，然后将其剩余的功率沉积在溅射靶SINQ用于中子生产。作为高强度μ子束线（HIMB）可行性研究的一部分，这些目标中的第一个将被替换为更厚的目标，从而提高表面μ子的生产率。然而，HIMB的一个关键挑战是将质子束损失保持在尽可能低的水平，这需要提高我们对沿MW级束线分布损失的理解。为此，开发了一种新的方法，其目的是将温度的实验值、束轮廓测量以及束电流测量与使用蒙特卡罗模拟工具的组合功率沉积计算和初级束损失相关联。
2022-06-02 physics.acc-ph physics.optics
An electron linac with high beam intensity over 1-Ampere for disposal of radioactive waste
为了处置长寿命放射性废物，人们不仅提出了高紫外质子加速器，还提出了电子直线加速器。质子加速器直接引起核裂变和突变。另一方面，电子束有两个过程：通过韧致辐射产生γ射线，产生的γ射线可用于（γ; n）反应。质子使原子核消散，同时产生新的放射性同位素的副产品。由于电子直线加速器产生较少的放射性废物，我们只聚焦一个高束流强度超过1安培的电子直线加速器。为了尽可能减少放射性同位素的副产物，我们用能量小于30 MeV的电子束加速。加速束流强度设计为大于1安培。为了实现高强度的电子直线加速器，直线加速器的工作方式不再是脉冲工作，而是连续工作。为了加速电子束，我们安装了高阶模（HOM）自由正常导电腔来抑制束流不稳定性。
2020-03-30 nucl-ex physics.acc-ph
Target shape effects on monoenergetic GeV proton acceleration
圆偏振激光脉冲与薄膜靶相互作用时，可分为预打孔、打孔和光帆加速三个阶段。我们研究了第一阶段的电子和离子动力学，并找到了给定激光强度的最小箔厚度要求。基于此分析，我们建议使用一个形状的箔离子加速，其厚度横向变化，以匹配激光强度。然后，目标演化为三个区域：加速度区域、透明区域和变形区域。在加速区域中，靶可以被均匀地加速，从而产生单能且空间准直的离子束。详细的数值模拟进行检查该计划的可行性和鲁棒性，如形状因子和表面粗糙度的影响。在三维粒子模拟中，当激光脉冲聚焦强度为1022 W = cm ~ 2时，观察到了GeV单能质子束流。激光脉冲到加速质子束的能量转换效率大于23%。在相互作用中还检查了同步辐射和阻尼效应。
2009-06-12 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Beyond PID Controllers: PPO with Neuralized PID Policy for Proton Beam Intensity Control in Mu2e
Northwestern University（西北大学）；Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）
本文提出一种集成神经化PID控制器的PPO算法，用于Mu2e实验的质子束强度控制，在可微模拟器上使SDF提升13.6%，比基线PID额外提高1.6%，为实时自动化控制奠定基础。
2023-12-28 cs.AI cs.LG physics.acc-ph
Post-Acceleration Study for Neutrino Super-beam at CSNS
提出了一种基于CSNS（中国空间中子源）加速器的后加速系统，用于建造中微子物理的超级束流装置。两个后加速方案，一个使用超导偶极磁铁在主环和其他使用室温磁铁进行了研究，都实现了最终的质子能量为128 GeV和4兆瓦的光束功率从中子源CSNS束的10%。介绍了两种方案的主要设计特点和比较。CSNS超束流装置在长基线中微子物理研究中将具有很强的竞争力，与国际上提出的其他超束流装置相比。
2012-12-24 hep-ex physics.acc-ph
The use of a high intensity neutrino beam from the ESS proton linac for measurement of neutrino CP violation and mass hierarchy
建议为ESS质子直线加速器配备设备，以便在生产用于中子生产的计划ESS束的同时，每年以微秒短脉冲生产10个$^{23}$ 2.5 GeV质子的5 MW束，以产生中微子超级束，以及在矿井中安装百万吨地下水切伦科夫检测器以检测产生的$ν_μ$束中的$ν_e$出现。初步计算了中微子CP破坏的灵敏度和质量等级随中微子基线的变化。结果表明，在基线距离约400 km的情况下，用反中微子束和中微子束分别进行了8年和2年的观测，在5 $σ$（3 $σ$）的置信水平下，可以在总CP破坏角范围的48%（73%）处发现CP破坏。在相同的基线条件下，中微子的质量等级可以在整个CP破坏角范围内的大部分时间内在3 $σ$水平上确定。有几个深度超过1000米的地下矿井，可用于建造中微子探测器的地下场地，这些矿井位于最佳基线范围内或附近。
2013-02-09 hep-ex physics.acc-ph physics.ins-det
Radiation Damage Studies on Titanium Alloys as High Intensity Proton Accelerator Beam Window Materials
高强度双α + β相钛合金Ti-6Al-4V被用作几个加速器靶设施中的束窗的材料。然而，相对知之甚少，这种合金的材料性能如何受到高强度质子束辐照的影响。随着计划将J-PARC和Fermilab的中微子设施升级到超过1兆瓦的光束功率，窗口材料的辐射损伤将达到每年每个原子（dpa）的几个位移，大大高于现有数据的~0.3 dpa水平。Radiate合作组织在BLIP设施对各种靶和窗口材料样品进行了高强度质子束辐照，包括各种钛合金。对第一个密封舱中的样本进行辐照后检查，辐照强度高达0.25 dpa，正在进行中。在PNNL的热室中进行的拉伸试验显示出Ti-6Al-4V的辐射硬化和延展性损失的明显特征，而β相较少的Ti-3Al-2.5V显示出较不严重的硬化。显微组织调查将遵循这些合金之间的拉伸行为的差异的原因进行研究。高周疲劳（HCF）的性能是关键的束窗口暴露于周期性的热应力从脉冲质子束的寿命估计。通过在Fermilab进行的常规弯曲疲劳试验和在Culham实验室进行的超声波中尺度疲劳试验获得辐照钛合金的第一次HCF数据。第二个容器中的样品，在高达~1 dpa的辐照下，覆盖典型的钛合金等级，包括可能的耐辐射候选材料。对钛合金辐射损伤效应的系统研究旨在使我们能够预测Ti-6Al-4V制成的电流束窗口的实际寿命，并通过选择更耐辐射和热冲击的合金来延长寿命。
2019-11-22 hep-ex nucl-ex physics.acc-ph
