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
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
Measurement of high quality factor superconducting cavities in tesla-scale magnetic fields for dark matter searches
在暗物质搜索使用轴子haloscope，搜索灵敏度取决于质量因素（$Q_0$）的射频腔沉浸在多特斯拉磁场。增加$Q_0$将增加通过感兴趣的参数空间的扫描速率。为粒子加速器开发超导射频腔的研究人员已经开发出在$μ$ T尺度磁场中获得极高$Q_0\sim10^{11}$的方法。在本文中，我们描述了努力开发高Q腔由Nb $_3$ Sn膜使用的技术开发的粒子加速器腔。几何优化，为这一应用进行了探讨，两个腔进行了测试：一个现有的粒子加速器式腔和几何开发和制造用于高领域。在3.9 GHz、6 T、4.2 K下测得了（$5.3\pm0.3$）$\times 10^5$的品质因数.
2022-11-15 physics.acc-ph quant-ph
Design of a Fast Reactive Tuner for 1.3 GHz TESLA cavities at MESA
本文提出了一种用于 TESLA 型超导腔的铁电快速反应调谐器（FE-FRT），通过亚微秒级响应调制高无功功率，有效缓解微音效应导致的失谐，使峰值前向射频功率降低约一个数量级。
2025-06-25 physics.acc-ph
Superconducting Superstructure for the TESLA Collider: New Results
本文提出了TESLA直线对撞机主直线加速器的一种新的腔链布局。这种超结构布局是基于四个7细胞超导驻波腔，耦合短束管。超结构的主要优点是增加了TESLA的有效加速长度，并节省了射频元件，特别是功率耦合器，与目前的9单元腔相比。所提出的方案允许在子单元级处理场平坦度调谐和HOM阻尼，与标准的多单元腔相比。自1999年以来，DESY广泛研究了超结构布局。计算了腔链的射频特性、束团间能量扩散和多束团动力学。铜模型的上层建筑已建成，以比较与模拟和测试的场分布调谐和HOM阻尼方案。一个"原理验证"的铌原型的上层建筑目前正在建设中，并将在2001年进行测试梁在TESLA测试设施。在本文中，我们提出了这些调查的最新结果。
2000-08-17 physics.acc-ph
Submacropulse electron-beam dynamics correlated with higher-order modes in a Tesla-type cryomodule
在费米实验室加速器科学与技术（FAST）设施进行实验，以阐明TESLA型超导射频腔中的长程尾流场（LRW）的影响。特别是，我们研究了高阶模式（HOM）中产生的八个腔的cryomoplasticity（CM）由于离轴转向与校正器位于上游的CM约4米。我们已经观察到相关的submacropulse质心摆动的几百微米和质心振荡在~240 kHz的射频BPM数据CM后。进入CM的入口能量为25 MeV，并且出口能量为100 MeV，在50束脉冲串中具有125 pC/b和400 pC/b。对这些实验结果进行了机器学习培训方面的评估，这些培训将用于为Linac Coherent Light Source-II injector CM的调试计划提供信息。
2021-12-01 physics.acc-ph
Pulsed Superconductivity Acceleration
建议的直线对撞机TESLA的设计是基于9细胞1.3 GHz超导铌腔，在脉冲模式下操作。在国际合作的框架内，在DESY建立了TESLA测试设施（TTF），为腔体研发提供基础设施，以实现更高的梯度。测试了60多个九室腔，测量到高达30 MV/m的加速梯度。在TTF腔的第二次生产中，测得平均梯度为24.7 MV/m。两个模块，每个模块包含八个谐振器，目前在TTF直线加速器中使用。这些腔以脉冲模式操作：0.8 ms恒定梯度，重复率高达10 Hz。我们将集中在两个方面：首先，腔的制造和处理进行了讨论，允许达到高梯度。将显示单电池腔的最新结果，超过40 MV/m。其次，回顾了超导腔的脉冲工作模式。这包括洛伦兹力失谐、机械振动（颤噪）和射频场控制。这两个主题满足了即将到来的兴趣超导质子直线加速器，如超导驱动器直线加速器SNS（超导中子源）。
2000-09-29 physics.acc-ph
Considerations on wakefield effects in a VUV FELO driven by a superconducting tesla-type linac
考虑了TESLA型腔长、短程尾流场对120 nm自由电子激光振荡器（FE-LO）束流动力学特性的影响。这将由费米实验室加速器科学与技术（FAST）直线加速器以300 MeV的3 MHz微脉冲重复率驱动。我们的尾流场研究表明，可测量的影响亚宏脉冲质心稳定性和亚微脉冲头尾踢，可以导致发射度退化。在前者的情况下，我们使用MINERVA/OPC来模拟~100- $μ$ m质心压摆对FELO的饱和输出功率电平的影响。
2022-08-24 physics.acc-ph
Higher-order mode-based cavity misalignment measurements at the free-electron laser FLASH
在汉堡的自由电子激光（FLASH）和欧洲X射线自由电子激光中，超导TeV能量的超导直线加速器（TESLA）型腔用于加速电子束，产生强自由电子激光（FEL）束。一个长的射频脉冲结构允许一个加速长的聚束串，这大大提高了机器的效率。然而，束团串内的射频参数和射频结构的失调的变化引起显着的轨迹变化，可能会降低自由电子激光的性能。加速腔容纳在低温模块内，这限制了直接对准测量的能力。为了确定横向腔的位置，我们使用了一种基于腔中的束激励偶极模的方法。我们已经开发了一个有效的测量和信号处理例程，并提出了其应用程序的多个加速模块在FLASH。测量的均方根谐振腔偏移与TESLA模块的规格一致。首次测量了低温恒温器内TESLA腔的倾斜度。初步结果与我们用本征模模拟计算的偶极模的偏移和角度依赖性之间的比率吻合得很好。
2018-01-09 physics.acc-ph
RF heating experiments with a TESLA-9-cell cavity towards in-situ low- / mid-T-baking
本研究通过实验验证了利用射频功率对TESLA-9腔进行原位低温/中温烘烤的可行性，尽管存在加热速率不均的问题，为免拆卸处理提供了可能。
2024-12-18 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
Surface Superconductivity in Niobium for Superconducting RF Cavities
本文对用于TESLA直线对撞机九腔1.3GHz谐振腔的超纯铌的超导参数进行了系统的研究。圆柱形Nb样品已经受与TESLA腔相同的表面处理：缓冲化学抛光（BCP）、电解抛光（EP）、低温烘烤（LTB）。在较宽的温度和直流磁场范围内，以及外加交流磁场的不同频率下，测量了磁化曲线和复磁化率。体超导参数如临界温度Tc = 9.26 K和上临界场Bc 2（0）= 410 mT与以前的数据符合得很好。在所有的样品中发现在Bc 2以上的领域的表面超导性的证据。在BCP处理的样品中，临界表面场超过Ginzburg-Landau场Bc 3 = 1.695Bc2约10%，并且如果应用EP或LTB，则甚至进一步增加。从磁化率的场依赖性和复交流电导率和电阻率的幂律分析，可以建立表面超导性的两个不同相的存在，其类似于本体中的迈斯纳相和阿布里科索夫相：（1）相干表面超导性，对于在Bc 2和Bcohc 3之间的范围内的外场B，允许sc屏蔽电流围绕整个圆柱形样品流动，（2）在Bcohc 3和Bc 3之间具有不连续sc畴的非相干表面超导性。分离两相的相干临界表面场为Bcohc ~ 3 = 0.81Bc ~ 3。幂律分析中的指数对于BCP和EP样本是不同的，指向不同的表面拓扑。
2004-03-05 physics.acc-ph
Study of high pressure gas filled RF cavities for muon collider
μ子对撞机是下一代高能轻子对撞机的重要候选者。在多特斯拉磁体中操作RF腔是μ子加速器和冷却通道中的关键要求。然而，真空RF腔中的最大RF梯度受到外部磁场的强烈限制。由于在强磁场中能产生高的射频加速梯度，同时又能进行电离冷却，因此有人提出了用浓氢气体填充射频腔的方案。腔的关键问题是消耗相当大量的RF功率的束诱导等离子体。在费米实验室用强质子束测量了由束流诱导等离子体引起的射频负载。通过在致密氢中掺杂电负性气体，等离子体负载效应显著减轻。结果表明，该腔在μ子对撞机束流作用下是可行的。本报告介绍了最近的进展情况。
2015-02-06 physics.acc-ph
A temperature-mapping system for multi-cell SRF accelerating cavities
超导射频（SRF）腔温度分布（T-map）系统由精确定位在腔外壁上的温度计阵列组成，能够检测微小的温度升高，是研究SRF腔品质因数（Q 0）的有力工具。康奈尔大学开发了一种新的多细胞T-映射系统。该系统有近2000个温度计，覆盖康奈尔ERL项目的7单元SRF腔。采用了一种新的复用方案，以减少线的数量。温度增量Δ T的分辨率达到1 mK。用T-map系统测试了TESLA几何形状的9细胞腔。通过将Δ T转换为功率损耗和品质因数，发现当加速梯度增加到15 MV/m以上时，对于这种腔，大部分表面损耗由第一个单元产生。通过对有无热斑的Q值的比较，发现热斑对腔壁的加热使腔的Q值降低了约1.65倍。热点上的功率损耗约占总功率的40%。显示腔体内部的表面特性（例如剩余电阻率）的有效且直观的方法将被示出。
2015-08-07 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
Efficient model for low-energy transverse beam dynamics in a nine-cell 1.3 GHz cavity
FLASH和欧洲XFEL是SASE-FEL用户设施，在那里超导TESLA腔以脉冲模式运行，以加速长束流。几个腔由一个速调管供电。虽然低水平射频系统能够稳定的加速梯度的一个射频站的矢量和足够的，单个腔的射频参数变化的聚束串。在与未对准的相关性中，引起束内串轨迹变化。一个有效的模型来描述在低光束能量的效果，分别使用数值调整的传输矩阵和离散耦合器踢系数。将显示与开始到结束的跟踪和专用实验在FLASH注射器的比较。推导出的模型的计算时间短，允许全面的数值研究的影响，失调和可变射频参数的横向内束团训练束流稳定性在注入器模块。从这两个，统计多聚束性能的研究和推导失调多聚束实验的结果。
2017-10-13 physics.acc-ph
Advanced surface treatments for medium-velocity superconducting RF cavities for high accelerating gradient continuous-wave operation
本研究首次将氮掺杂与中温炉内烘烤工艺适配到644 MHz中速超导射频原型腔，验证了两种工艺的高Q0潜力与梯度达标能力，为FRIB400等连续波直线加速器项目的腔体制备提供研发基础。
2023-07-20 physics.acc-ph
Wakefields In Superconducting RF Cavities and The Impact on VUV Free-electron Laser Oscillator Performance
本研究基于FAST设施的超导射频直线加速器，利用GINGER和MINERVA/OPC代码模拟，验证了在120 nm和13.4 nm波长下实现VUV和EUV自由电子激光振荡器饱和的可行性，并首次评估了腔内尾场引起的发射度稀释及质心偏移对性能的影响。
2023-10-20 physics.acc-ph
Further improvement of medium temperature heat treated SRF cavities for high gradients
本研究针对中温热处理SRF腔的高场Q斜率问题，通过额外低温烘烤处理，实现了16 MV/m下Q值超3×10^10、加速梯度达32-40 MV/m的改进。
2024-07-17 physics.acc-ph
Three-cell traveling wave superconducting test structure
使用每个单元具有小相位超前的超导行波加速（STWA）结构而不是驻波结构可以提供ILC直线加速器中加速梯度的显著增加。对于相同的表面电场和磁场，STWA实现了比TESLA类驻波腔大1.2的加速梯度。STWA还允许更长的加速腔，减少它们之间的间隙数量。然而，STWA结构需要SC反馈波导来将几百MW的循环RF功率从结构输出返回到结构输入。设计、制造并成功测试了具有反馈的测试单细胞腔，证明了适当处理以实现高加速梯度的可能性。这些结果为下一步的行波SC腔的发展开辟了道路：构建和测试具有反馈波导的行波三腔室腔。讨论了单腔实验的最新结果以及三腔TW实验腔的设计。
2012-03-07 physics.acc-ph
Detuning related coupler kick variation of a superconducting nine-cell 1.3 GHz cavity
超导TESLA型腔被广泛用于加速长聚束串中的电子，例如在高重复率自由电子激光中。TESLA腔中装有两个高次模耦合器和一个基波功率耦合器（FPC），它们打破了腔的轴对称性。因此，通过的电子经历轴向不对称的耦合器反冲，这取决于耦合器处的横向束位置和射频相位。由此产生的发射度稀释已在文献中详细研究。然而，由FPC引起的反冲明确地取决于耦合器处的前向行波与后向行波的比率，这很少受到关注。本文的目的是提出一种新的方法，分离的驻波和反射依赖部分的场扰动的离散耦合器踢的概念。特别注意的是针对FPC天线的穿透深度的作用，这决定了加载的腔体的品质因数。开发的光束传输模型进行比较，专门的实验在FLASH和欧洲XFEL。所观察到的横向耦合和失谐相关的耦合器反冲变化与模型符合得很好。最后，预期的轨道变化，由于耦合器反冲变化在欧洲XFEL的调查和数值研究的结果。
2018-04-07 physics.acc-ph
Studies of the superconducting traveling wave cavity for high gradient LINAC
使用每个单元具有小相位提前的行波（TW）加速结构而不是驻波可以提供超导直线加速器中加速梯度的显著增加。在相同的表面电场和磁场条件下，TW段的加速梯度比TESLA形驻波腔的加速梯度大1.2-1.4。最近的L波段单细胞腔与波导反馈的测试表明，在一个单一的细胞ILC型腔从同一制造商的梯度相媲美的加速梯度。本文介绍了下一阶段的3单元TW谐振环的发展，将在行波制度进行测试。主要的模拟结果的微音和洛伦兹力失谐（LFD）也被认为是。
2015-02-06 physics.acc-ph
Calculation of Asymptotic and RMS Kicks Due To Higher Order Modes in the 3.9GHz Cavity
FLASH计划使用“三次谐波”（3.9GHz）超导腔来补偿由于TESLA 1.3GHz腔的腔电压的正弦弯曲而引起的纵向相位空间的非线性失真。3.9GHz的高阶模对长聚束训练中电子聚束的动力学特性有重要影响。由于偶极模式的反冲可以沿着聚束训练增强，这取决于模式的频率和Q值。计算了光束相对于腔体的恒定偏移的增强因子。一个简单的Monte Carlo模型，这些影响，允许在HOM频率的分散，由于制造的差异，也已实施和结果为FLASH和XFEL样配置。
2008-09-10 physics.acc-ph
Accelerating Cavity Fault Prediction Using Deep Learning at Jefferson Laboratory
Old Dominion University（欧道明大学）；Thomas Jefferson National Accelerator Facility（托马斯·杰斐逊国家加速器设施）
本研究提出基于LSTM-CNN的深度学习模型，利用CEBAF加速腔的故障前RF信号预测缓慢发展的故障，在高度不平衡数据集上实现99.99%正常信号识别率和80%故障预测率，提前数百毫秒预警以提升运行效率。
2024-04-24 cs.LG physics.acc-ph
First full cool down of the SPIRAL 2 superconducting LINAC
SPIRAL 2是一个已经进行了10多年的高强度重离子束加速器项目。不同学科的无数努力使它成为今天的样子。在不同的设备设置之后，最重要的步骤之一是在加速器操作型配置中超导腔的第一次完全冷却。虽然这是SPIRAL 2团队的一项重大成就，但它也突显了必须解决的新挑战和限制，以便从低温方面获得高可用率的光束。本文追溯了这一特殊事件。
2021-01-28 physics.acc-ph physics.flu-dyn
