Dipole Wakefield Suppression In High Phase Advance Detuned Linear Accelerators For The JLC/NLC Designed To Minimise Electrical Breakdown And Cumulative BBU
最近在SLAC [1，2]和CERN [3]进行的实验显示，1.8米系列结构DDS/RDDS（阻尼失谐结构/圆形阻尼失谐结构）的单元出现了“点蚀”形式的显著变形。这种点蚀发生在加速结构的高群速度（Vg /C = 0.012）端，在结构的低群速度端几乎没有发现击穿的证据。此外，虽然初步的实验证据表明，较短和较低的群速度结构减少了击穿事件与加速场强增加。这里提出了两种设计，首先是由83个单元组成的90 cm结构，初始vg/c = 0.0506（称为H90 VG 5），其次是由55个单元组成的长度更短的60 cm结构，初始vg /c = 0.03（称为H60 VG 3）。研究了利用这些结构加速10 km以上带电束流的可行性。特别关注的问题是通过单元频率的失谐和通过局部阻尼单个单元来抑制偶极尾流场，以避免BBU（波束分裂）。结果提出的光束诱导的偶极尾场和光束动力学上遇到的跟踪进展的光束通过几千个加速结构。[1]C. Adolphsen，ROAA003，this conf. [2] R.H. Miller等人，FPAH 062，本确认[3] L. Groening等人，MPPH 039，本次会议
2001-07-19 physics.acc-ph
A High Phase Advance Damped and Detuned Structure for the Main Linacs of Clic
CLIC的主要加速结构设计为在100 MV/m的平均加速梯度下运行。加速频率优化到11.994GHz，相位超前主加速模2π/3。适度阻尼和失谐结构（DDS）的设计正在研究作为一种替代强阻尼的WDS设计。这两种设计都基于标称加速相位提前。在这里，我们探讨高相位提前（HPA）结构，其中的射频场的群速度相比，标准的（2π/3）结构降低。电击穿强烈依赖于基模群速度。因此，预期在HPA结构中不太可能发生电击穿。我们报告的CLIC_DDS_HPA结构，设计工作在5π/6相位提前每单元的基模和偶极模的研究。本文还研究了标准结构和高功率放大器结构中的高阶偶极模。
2010-10-03 physics.acc-ph
Experimental demonstration of particle acceleration with normal conducting accelerating structure at cryogenic temperature
降低正常传导的粒子加速器的工作温度可显著提高其效率。低温操作增加了加速剂材料的屈服强度并降低了表面电阻，因此与室温操作相比，可以实现循环疲劳的大幅降低，从而导致击穿率的大幅降低。此外，温度降低增加了加速腔的固有品质因数，并因此增加了分流阻抗，从而导致增加的系统效率和射束加载能力。在本文中，我们提出了一个实验演示的X波段，11.424 GHz的，20个单元的直线加速器（直线加速器）的高梯度操作在液氮温度为77 K。所测试的直线加速器先前在室温下处理和测试。我们验证了增强加速参数的测试加速器在低温下使用不同的测量，包括电子束加速到150 MV/m的梯度，对应于375 MV/m的峰值表面电场。我们还测量了击穿率在测试的结构，显示减少了两个数量级，x100，在室温下相同的加速梯度的值相比。
2020-11-01 hep-ex physics.acc-ph
Measurement of the dynamic response of the CERN DC spark system and preliminary estimates of the breakdown turn-on time
新的高重复率（HRR）CERN直流火花系统已被用于调查的电流和电压的时间结构的击穿。模拟结果表明，真空击穿的发展在ns的时间尺度上，甚至更少。这个时间尺度的实验基准是比较模拟的关键。击穿的快速上升时间可以为低群速度和窄带宽加速结构（如T18和T24）实现的特别高的梯度提供一些解释。电压和电流的测量与以前的系统表明，瞬态响应测量的直流火花系统本身的固有电容和电感占主导地位。HRR系统的带宽限制远没有那么严重，允许测量大约12ns的上升时间。
2012-06-04 physics.acc-ph
Autopsy on an RF-Processed X-band Travelling Wave Structure
为了找到X波段加速结构中高电场击穿的原因，我们对一个RF处理结构进行了干净的解剖（没有操作后结构拆卸所添加的碎片）。通过射频反射波分析和声学传感器拾取操作提供的宏观定位用于将故障与尸检的弹坑损坏区域连接起来。令人惊讶的是，显微镜分析显示，在低电场的区域有击穿坑。输入耦合器尖角处的磁场感应的高电流似乎是观察到的极端击穿损坏的原因。
2002-10-03 physics.acc-ph
Investigations on the multi-sector hard X-Band Structures
高梯度加速结构的发展是加速器界的主要活动之一。在这些器件的新构造方法的技术研究中，大功率测试是验证其可行性的关键步骤。最近的实验表明，由硬铜合金制成的加速腔，与软铜合金相比，可以获得更好的性能。实验结果表明，焊接的硬铜腔在X波段中，在约150 MV/m的梯度下，a使用具有150 ns平坦部分的整形脉冲，显示出$10^{-3}$ /脉冲/米的击穿速率。我们继续设计、建造和更高功率的实验测试三个单元的驻波（SW）11.424 GHz加速腔与硬铜银合金制作的射频击穿物理研究。我们的目标是用创新技术制造加速结构，更容易处理和更便宜;更容易进行表面检查;更容易进行数据细化和连接技术的验证。这些新的技术途径和设计方法的选择也提供了配置寄生高阶模态阻尼器的可能性。本文介绍了一种优化的腔的设计，它提供了一个高的纵向并联阻抗$R_{sh}$的工作模式的部门。腔体将通过使用钨惰性气体工艺来制造，以实现硬CuAg结构。两个三腔SW X波段加速腔，将在$π$模式下工作，由硬CuAg合金制成，已经在INFN LNF通过夹持和焊接的方式使用TIG方法制造。最后，我们还报告了RF特性和低功率RF测试的两半分裂硬CuAg结构，因此将TIG焊接和高梯度测试和RF击穿物理的研究。
2022-07-07 physics.acc-ph
Proximity breakdown of hydrides in superconducting niobium cavities
许多现代和未来的粒子加速器都依赖于由大块铌制成的超导射频腔作为初级粒子加速结构。这种腔的品质因数Q 0具有反常的场依赖性。高场退化-所谓的高场Q斜率-尚未解释，即使一个经验的治疗是已知的。在这里，我们提出了一个机制的基础上存在的邻近耦合铌酸盐，这可以解释这种效果。此外，同样的机制可以存在于任何涉及铌的表面敏感实验或超导设备中。
2013-01-13 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
Analytical and Numerical Studies of Dark Current in Radiofrequency Structures for Short-Pulse High-Gradient Acceleration
本文通过解析和数值模拟研究短脉冲射频结构中暗电流动态，揭示短脉冲技术在提升高梯度加速性能和减少击穿敏感性方面的优势。
2025-11-11 physics.acc-ph
Experimental demonstration of wakefield effects in a THz planar diamond accelerating structure
利用尾波场加速方法，直接测量了亚皮秒强流相对论电子束团在金刚石加载加速结构中产生的太赫兹尾波场。我们在这里提出的光束测试结果从第一金刚石基结构。金刚石因其高击穿阈值和独特的导热性能而被选中。由引导（驱动）束产生的场被用来加速尾随（见证）电子聚束，该电子聚束以可变的距离跟随驱动聚束。作为其与驱动聚束的分离的函数的见证聚束的能量增益描述了所产生的尾场的时间结构。
2012-03-10 physics.acc-ph
A SW Ka-Band Linearizer Structure with Minimum Surface Electric Field for the Compact Light XLS Project
对于用于研究、工业和医疗应用的下一代直线加速器，存在对能够实现更高梯度和更紧凑尺寸的加速结构的强烈需求。在Compact Light XLS项目的框架中，需要超高梯度高次谐波RF加速结构用于纵向空间相位的线性化。为了确定最大的可持续梯度在正常进行射频供电的粒子束加速器具有极低的射频击穿的概率，调查正在进行中的Ka波段政权使用短路加速结构。我们在这里报告的电磁设计的紧凑型线性化驻波（SW）加速结构8厘米长的$π$模式，三次谐波相对于直线加速器频率（11.994 GHz）与100 MV/m的加速梯度和最小表面电场。利用著名的SuperFish、HFSS和CST计算软件进行了数值电磁研究。
2020-03-05 physics.acc-ph
Investigation of an alternate means of wakefield suppression in the main linacs of CLIC
我们报告的CLIC加速结构中的远程尾场的抑制。采用强失谐和适度阻尼。在这些初始设计研究中，我们专注于CLIC_G结构，并强制实施300和500的适度Q。我们保持了约1 GHz的偶极子带宽指定的击穿限制在一个修改后的结构，CLIC_DDS。电路模型，这有利于快速设计的歧管槽耦合到主加速电池，描述。
2009-06-19 physics.acc-ph
Fundamentals of Vacuum Breakdown in High-Field Systems
本文综述了高场器件中真空击穿的实验、理论与模拟研究，系统阐释了老练、场和温度依赖的击穿率及维持高电场能力，并服务于CLIC项目100 MV/m级加速结构的开发。
2025-11-06 cond-mat.mtrl-sci physics.acc-ph physics.app-ph
An alternate design for CLIC main linac wakefield suppression
CLIC的主加速结构的当前设计是基于Q为~10的重阻尼（WDS）。在这种情况下，尾流场抑制需要将阻尼材料定位在相对靠近加速单元的位置。在这里，我们提出了一种替代设计的主要加速结构。我们失谐的最低偶极子带规定一个高斯分布的细胞参数和考虑适度阻尼Q~500，以防止重相干的模式，在这种情况下，阻尼材料可以位于一个扩展的距离从加速结构。实现良好阻尼尾流场的程序进行了说明。结果阐明了各种设计，包括目前正在开发的一个，将射频。击穿、脉冲表面加热和束流动力学约束。
2009-03-11 physics.acc-ph
Demonstration of sub-GV/m Accelerating Field in a Photoemission Electron Gun Powered by Nanosecond $X$-Band Radiofrequency Pulses
在高加速梯度下工作的辐射（RF）电子枪提供了产生明亮电子束的途径。这种光束有望给许多科学领域带来革命性的变化：它们可能成为下一代紧凑型x射线自由电子激光的支柱，或者提供相干超快量子电子探针。本文报道了一种在光阴极表面支持接近400~MV/m加速场的射频光发射电子源的实验演示。电子枪在由短的$\sim 9$ ~ns X波段（\SI{11.7}{\giga\hertz}）RF脉冲驱动的RF瞬态模式下操作。我们没有观察到任何重大的射频击穿或显着的暗电流超过三个星期的实验运行在高加速领域。所展示的范例提供了一个可行的路径，形成相对论电子束与前所未有的亮度。
2022-03-22 physics.acc-ph physics.app-ph
Role of rf electric and magnetic fields in heating of micro-protrusions in accelerating structures
众所周知，在金属加速结构中的高梯度操作导致结构表面的显著劣化，这反过来大大增加了微波击穿的概率。与此同时，这种恶化的物理原因迄今还不太清楚。本文分析了两种效应的作用，即射频磁场穿透半径为趋肤深度量级的微凸起引起的微波加热和场发射电流引起的焦耳加热，即射频电场被尖锐凸起放大的效应。导出了这两种效应的功率密度的相应表达式，并给出了评价这两种效应之一的优势的准则。这一标准进行了分析和说明的一个例子，典型的参数最近在斯坦福直线加速器中心（SLAC）国家加速器实验室的实验讨论。
2011-05-25 hep-ph physics.acc-ph
Thermomechanical rf breakdown from magnetically focused field emission in high-gradient normal-conducting cavities
Northern Illinois University（北伊利诺伊大学）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）
本文通过追踪真实场图中的场致发射电子，验证了局部轰击模型在高梯度常导腔磁聚焦射频击穿中的适用性，并解析评估了热机械响应，为强磁场下高梯度射频运行提供参考。
2026-09-23 physics.acc-ph
Conception design of helium ion FFAG accelerator with induction accelerating cavity
在近几十年的粒子加速器研发领域中，固定场交变梯度加速器（FFAG）以其束流强度高、成本低等优势成为研究热点，但也存在一些技术难题。本文采用FFAG加速器对氦离子束进行加速，一方面是为了研究聚变堆包壳材料的氦脆化，另一方面是为了促进FFAG加速器的概念研究和设计，探索研制高功率FFAG加速器的可能性。给出了氦离子FFAG加速器常规周期聚焦单元和大口径组合磁体OPERA-TOSCA三维模型。针对低能量、低旋转频率的特点，提出用感应加速代替传统的射频（RF）加速，避免了尾流场对加速场的潜在击穿，提高了加速重复频率，获得了更高的束流强度。给出了感应腔的主要参数和三维模型。提出了两种特殊的约束波形，以抑制平顶加速压降和能量偏差引起的粒子加速时间滑移（ΔT）。模拟了两种波形下粒子的纵向运动。
2013-05-12 physics.acc-ph
Tuning And Field Sensitivity Of Pi-Mode Standing Wave Linacs For The NLC
为了减轻电击穿的影响（已发现发生在SLAC X波段行波结构中），正考虑将驻波结构用于NLC直线加速器。在SLAC，由15个在p加速模式下工作的电池组成的结构正在测试其电击穿特性。本文利用该结构的电路模型阐明了对谐振腔的调谐要求。文中还讨论了磁场对随机误差和系统误差的敏感性。
2002-06-28 physics.acc-ph
Electromigration occurrences and its effects on metallic surfaces submitted to high electromagnetic field : A novel approach to breakdown in accelerators
在金属表面上施加高电场会导致充分描述的击穿现象。在经典的情况下，爆炸性电子发射（爆炸），击穿（BD）起源于发射部位（表面突起）。调节过程包括一个接一个地“燃烧”发射点，许多观测显示表面覆盖着或多或少重叠的熔融陨石坑。在处理加速器的RF腔时，现在越来越多地寻求场，人们可以合理地怀疑是否还应该考虑其他物理现象。特别是，我们认为，电迁移，特别是在表面或晶界不能再被忽略在高场（即50-100 MV/m）。在液态金属发射源领域的许多出版物表明，非常稳定和强的发射源，无论是离子还是电子，通过与加速器中引起的通常的局部击穿略有不同的机制，在经受电场的金属表面上积累。该机制涉及电迁移和表面原子的集体运动的组合。最近在30 GHz CLIC（紧凑型线性对撞机）加速结构上获得的结果，连同此后曝光的数据，使我们提出了一个补充方案（前等离子体幻影），基于电迁移，这可以解释大面积表面的早期熔化。
2012-01-13 cond-mat.mtrl-sci physics.acc-ph
Terahertz-driven linear electron acceleration
电子加速器的成本、尺寸和可用性取决于可实现的加速梯度。传统的高亮度射频（RF）加速结构以30-50 MeV/m的梯度工作。用光学或红外源驱动的电子加速器已经证明了比用常规RF结构可实现的加速梯度高几个数量级的加速梯度。然而，激光驱动的尾场加速器需要强飞秒源和直接激光驱动的加速器，并且由于操作的短波长而遭受低聚束电荷、亚微米公差和亚飞秒定时要求。在这里，我们展示了第一个线性加速的电子与keV的能量增益使用光学产生的太赫兹（THz）脉冲。太赫兹驱动的加速结构使得高梯度电子或质子加速器具有简单的加速结构、高重复率和每束团显著的电荷。将加速器的操作频率增加到THz频带中允许由于减少了关于击穿和脉冲加热的复杂性而大大增加的加速梯度。采用全光学方法在THz频段实现了GV/m范围内的电场。随着最近在经由稍微亚皮秒脉冲的光学整流产生THz脉冲方面的进展，特别是在转换效率和多周期脉冲方面的改进，使加速梯度比常规直线加速器（LINAC）增加两个数量级已经成为可能。这些具有极短电子束的超紧凑THz加速器具有巨大的潜力，可以对自由电子激光、未来的线性粒子对撞机、超快电子衍射、x射线科学以及x射线和电子束的医学治疗产生变革性影响。
2015-03-09 physics.acc-ph
Low Level RF System of the LIGHT Proton Therapy Linac
LIGHT（用于图像引导强子疗法的直线加速器）项目的启动是为了开发一种模块化质子加速器，其能量高达230 MeV，用于癌症治疗。该加速器由三种不同的加速结构组成：射频四极加速器、侧耦合漂移管加速器和耦合腔加速器。这些加速结构工作在750 MHz（MHz）和3 GHz（SCDTL，CCL）。加速器RF信号由低电平RF（LLRF）系统生成、分配和控制。LIGHT LLRF系统基于Instrumentation Technologies的商用解决方案，可根据项目进行定制。该LLRF系统具有高幅度和相稳定性、200 Hz频率下监测来自RF网络和加速结构的RF信号、集成实时接口的RF脉冲整形、RF击穿检测和热谐振频率校正反馈。LLRF系统控制集成在前端控制器（FEC）中，将其连接到LIGHT控制系统。在这方面的贡献，我们提出的AVO LLRF系统的主要特点，它的操作和性能。
2022-10-14 physics.acc-ph
Manifold Damping of Transverse Wakefields in High Phase Advance Traveling Wave Structures and Local Damping of Dipole Wakefields in Standing Wave Accelerators
在高梯度（超过70 MV/m）下运行的SLAC/KEK DDS（阻尼失谐结构）X波段直线加速器最近被发现受到加速器结构击穿的限制，并且因此对单元发生严重损坏，使得结构不能运行。SLAC最近的一系列实验表明，如果加速模式的群速度降低，则结构中的电弧会显著减少，此外，还发现缩短加速结构的长度也会限制击穿事件的数量和强度[1]。然而，在设计新的加速结构时，必须注意确保束流诱导的横向尾流场不会导致束流变得不稳定。在这里，我们报告阻尼横向尾流场在两个不同的短结构：90厘米的行波结构中的尾流场耦合到四个附加的流形，其次，在一个驻波结构中，有限数量的细胞严重阻尼下来的尾流场。[1]C. Adolphsen，ROAA 003，这个确认
2001-07-19 physics.acc-ph
Manifold Damping Of Wakefields In High Phase Advance Linacs For The NLC
在SLAC与KEK合作设计、制造和测试的早期RDDS（圆形阻尼失谐结构）[1，2]已被证明可以成功地阻尼尾流场。然而，已经发现在这些结构中发生电击穿，这使得它们在期望的梯度下不可操作。最近的结果[3]表明，降低加速模式的群速度可以减少电击穿事件。为了保持每个结构的填充时间，已经选择了高同步相位超前（150度，而不是先前NLC设计中使用的120度）。在这里，尾流场的阻尼进行了分析。讨论了流形阻尼和结构单元频率交错的问题。这些尾流场对单元和整个结构施加对准公差。进行公差计算，并将其与分析估计值进行比较。
2002-06-28 physics.acc-ph
Energy efficiency studies for dual-grating dielectric laser-driven accelerators
介质激光驱动加速器（DLAs）具有比金属更高的击穿阈值，可以提供GV/m范围内的高加速梯度，这为下一代粒子加速器的小型化开辟了道路。为了提高双光栅DLA的能量效率，分别研究了增加布拉格反射镜和使用脉冲前倾（PFT）激光照明两种方案。布拉格反射器提高了结构的加速梯度，而PFT增加了有效的相互作用长度。在本文中，我们调查数值的优势，使用这两个计划结合起来。我们的计算表明，对于周期为2微米的100周期结构，当与使用布拉格反射器与普通激光器相比时，这种设计有效地将能量增益增加了100%以上，并且当使用标准结构与PFT激光器时，增加了约50%。当用PFT激光束照射具有布拉格反射器的2000周期双光栅结构时，可以获得高达2.6 MeV的总能量增益。
2017-12-13 physics.acc-ph
Demonstration of a compact plasma accelerator powered by laser-accelerated electron beams
等离子体尾场加速器能够维持千兆伏/厘米的加速场，超过最先进的加速器模块中的电击穿阈值3-4个数量级。束流驱动尾流场为高质量束流的产生和加速提供了特别有吸引力的条件。然而，该方案依赖于更大规模的加速器。在这里，我们报告的演示毫米级等离子体加速器由激光加速电子束供电。我们展示了电子束加速到130兆电子伏，与模拟显示加速梯度超过100 GV/m。这种小型化的加速器进一步探讨通过采用一对受控的驱动和见证电子束，其中一小部分的驱动器能量被转移到加速见证通过等离子体。这种混合的方法允许在广泛访问的高功率激光设施的束驱动等离子体加速器的概念的基础研究。它有望为诸如自由电子激光等要求高质量的应用提供紧凑的高能高亮度电子束源。
2019-09-14 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Protection of Accelerator Hardware: RF systems
射频（RF）系统是产生用于束流加速的电场的关键元件。为了保持系统的可靠性，需要一个高度复杂的保护方案，该方案的设计还应确保光束可用性和机器安全性之间的良好平衡。由于射频系统是复杂的，包含高电压和高功率设备，机器停机时间的很大一部分通常来自射频系统。RF系统中的设备和组件损坏导致长期且昂贵的维修。射频系统硬件保护是最古老的机器保护概念之一，用于保护单个高功率射频设备免受故障。随着现代加速器中束流功率的增加，保护加速结构免受束流诱导故障的影响也成为保护方案的一个关键方面。在这篇文章中，给出了RF系统的概述，并介绍了故障机制和保护要求的例子选择的主题。
2016-08-10 physics.acc-ph
Future Colliders for Particle Physics - "Big and Small"
高能粒子对撞机的发现建立了粒子物理学的标准模型。技术创新有助于以比相应成本快得多的速度增加对撞机能量。新的概念将允许在整个下一个世纪达到更高的亮度和能量。实现碰撞器的成本效益策略包括分段。例如，未来的圆形对撞机可以首先提供电子-正电子碰撞，然后是强子碰撞（质子-质子和重离子），最后是μ子的碰撞。无需冷却的μ介子对撞机，可以通过多种方式实现，有望成为数十TeV轻子碰撞的有吸引力和节能的途径。虽然等离子体加速器和电介质加速器提供了前所未有的梯度，但基于这些新技术的高能对撞机的建造仍然需要在成本和性能方面进行重大改进。QED真空的崩溃可能会进一步推动加速梯度或弯曲场，从而为电磁加速设定一个极限。最后，一些想法，达到或超过普朗克能量。
2018-01-09 physics.acc-ph
