Beam Dynamics Framework Incorporating Acceleration to Define the Minimum Aperture in Two Focusing Schemes for Proton Radiotherapy Linac
本文提出一个包含加速效应的横向束流动力学框架，用于质子放疗直线加速器，通过解析求解类FODO方案和最小孔径方案，实现束流尺寸控制与最小孔径定义。
2024-03-15 physics.acc-ph
Investigating of Spherical Composite Accelerating Cavity for High Gradient Linacs
在传统的加速结构中，加速场的最大幅度受到电子击穿和导电壁中焦耳热损失的限制。本文提出了一种谐振复合加速腔，它利用了一个周期性结构，在一个球形导体腔的中心放置一个介质球。在谐振腔的中心部分中的电介质球的存在将磁场最大值从靠近金属壁的区域转移到电介质表面，这大大降低了壁中的趋肤效应损耗。利用现有的超低损耗蓝宝石晶体管，通过MATLAB进行理论分析和数值计算，并进一步利用CST进行仿真计算进行比较。结果表明，在金属壁的所有场分量要么是零或非常小，因此可以预期的腔是不太容易发生电击穿比传统的腔。此外，品质因数Q可以比现有圆柱形腔中获得的品质因数高三个数量级。
2015-08-28 physics.acc-ph
A New Method for Compensation and Rematch of Cavity Failure in C-ADS Linac
对于在诸如加速器驱动系统的应用中使用的质子直线加速器，由于操作的性质，束流故障率必须比类似加速器的通常性能低几个数量级。为了保持短的恢复时间、高的重复性和极低的束流丢失频率，必须强制性地施加容错机制。本文提出了一种创新的和具有挑战性的方式补偿和重新匹配的腔失败使用快速电子器件和现场可编程门阵列（FPGA）代替嵌入式计算机来完成的束流动力学的计算。示出了使用遗传算法进行优化的FPGA的等效模型的构建方法。通过与TRACEWIN仿真结果的比较，验证了该机制的准确性和正确性。
2016-01-26 physics.acc-ph
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
Experimental studies of 7-cell dual axis asymmetric cavity for energy recovery linac
高平均电流、可运输的能量回收直线加速器（ERLs）对于包括下一代高亮度、紧凑型光源在内的许多应用来说可以是非常有吸引力的工具。传统的ERL是基于电子束循环通过相同的一组射频腔室。这导致腔单元内的高阶模式的积累，导致束分裂（BBU）不稳定性的发展，除非束电流保持低于BBU启动电流。这限制了可以通过ERL传输的最大电流，从而限制了所产生的光子束的强度。最近有人提出，将加速级和减速级分开，分别调谐它们，并通过谐振耦合器将它们耦合，可以增加BBU启动电流。本文首次对双轴7腔非对称谐振腔进行了射频实验研究，证实了理论模型预测的特性。对称和非对称模式的场结构的测量和良好的协议与数值预测证明。工作模式场的平坦度也进行了测量和讨论。一种新的方法的基础上的耦合模（Fano的）模型已被开发的腔本征模谱的描述和良好的协议之间的分析理论，数值预测和实验数据。数值和实验观察到的结果进行了分析，讨论和理论和实验之间的良好协议证明。
2017-12-01 physics.acc-ph
MATLAB Scripts for RF Commissioning at the LANSCE LINAC
美国洛斯阿拉莫斯中子科学中心（LANSCE）的直线加速器（LINAC）由预聚束器、主聚束器、低能束流传输器（LEBT）、4个201.25 MHz漂移管直线加速器（DTL）和44个805 MHz耦合腔直线加速器（CCL）组成。作为即将到来的LANSCE现代化项目的一部分，四个201 MHz DTL和二十六个805 MHz SCL的低电平RF（LLRF）系统已经数字化。因此，基于网络的腔场控制和射频调试是可能的。每个LLRF和高功率RF（HPRF）系统都有许多过程变量（PV），这些变量位于可扩展显示管理器（EDM）提供的不同计算机控制屏幕上。已经开发了几个MATLAB m-脚本，以有效地处理必要的PV，同时配置和验证自动启动、相位/相位校准、腔场反馈控制器的增益调谐、束前馈控制器的增益和相位调谐以及高功率RF跳闸恢复过程。本文介绍了LANSCE直线加速器从射频启动到束流前馈控制的射频调试过程及其相应的EDM和MATLAB m脚本。
2022-11-14 physics.acc-ph
Beam Dynamics Studies of the REX-ISOLDE Linac in Preparation for its Role as Injector for the HIE-ISOLDE SC Linac at CERN
超导（SC）高强度和能量（HIE）ISOLDE直线加速器将取代欧洲核子研究中心放射性离子束实验（REX）的大部分现有加速基础设施，然而，101.28 MHz的超导和5 MV的IH腔将继续作为升级的注入器，将束流的能量提高到1.2 MeV/u。我们提出的注入器的束流动力学调查的结果，最关键的是匹配的纵向光束参数的SC机，这在很大程度上是复杂的IH腔采用组合零度（KONUS）束流动力学设计。利用三梯度法测量束流参数，重构出超导直线加速器的纵向束流参数，并结合束流动力学测量和IH结构模拟，设计了超导直线加速器的匹配段。
2010-10-11 physics.acc-ph
High-power test results of a 3 GHz single-cell cavity
用离子治疗肿瘤需要紧凑、可靠和低消耗的加速器。TERA提出了“回旋加速器”，由一个高频、快速循环的直线加速器组成，它可以提高先前在回旋加速器中加速的粒子的能量。如果使用高梯度，则可以减小直线加速器的尺寸。TERA启动了一项高梯度测试计划，以了解此类结构的操作极限。该计划预计在3和5.7 GHz下运行的几种高梯度结构的设计，原型设计和高功率测试。2012年冬季完成了3 GHz单电池腔的高功率测试。在Emax为170 MV/m和RF脉冲为2.5 μs时测得的最大BDR阈值为3 x 10-6 bpp/m。
2012-06-15 physics.acc-ph physics.med-ph
Energy and RF Cavity Phase Symmetry Enforcement in Multi-turn ERL Models
在多程能量回收直线加速器（ERL）中，每个腔必须在束流减速期间重新获得从束流加速消耗的所有能量，并且束流应该在将其返回到直线加速器的每个循环期间实现特定的能量目标。为了完全能量回收，并且为了使每个返回光束满足环路能量要求，除了选择适当的飞行时间之外，我们还必须指定并保持腔场的相位和电压。这些参数是用全尺寸数值优化程序得到的。如果我们在加速和减速期间在时间和能量上施加对称性，则需要更少的参数，从而简化优化。作为一个例子，我们提出了对称模型的康奈尔BNL ERL测试加速器（CBETA）的解决方案，满足优化目标的环路能量和零腔加载。相同的腔设计和几乎均匀的直线加速器布局使CBETA成为对称操作的潜在候选者。
2019-09-05 physics.acc-ph
Studies of Coupled Cavity Linac (CCL) Accelerating Structures with 3-D Codes
为加速器氚生产（APT）项目设计的cw CCL将质子从96 MeV加速到211 MeV。它由99个部分组成，每个部分包含多达7个加速腔。段通过段间耦合腔耦合并分组为超模块。设计方法不仅需要解决给定耦合和π/2模式频率的基本腔尺寸，而且还需要解决高功率密度对腔频率、机械应力和操作期间结构的阻带的影响。在APT项目中，3-D RF（Ansoft Corp.的HFSS）和耦合RF/结构（Ansys Inc.的ANSYS）代码被用于开发工具来解决上述问题并指导冷却通道设计。该代码的预测正在检查可用的低功耗铝模型。一旦工具扩展到已在高功率下测试的CCDTL结构，将检查功率下的阻带行为。将介绍迄今为止的计算结果和与测量结果的一致性。
2000-08-17 physics.acc-ph
First 3D Printed IH-Type Linac Structure -- Proof-of-Concept for Additive Manufacturing of Linac rf Cavities
增材制造（或“3D打印”）已成为快速成型和制造复杂几何形状的强大工具。随着技术的发展，以这种方式制造的零件的质量和精度不断提高。对于粒子加速器的世界来说，特别有趣的是不锈钢（和铜）零件的3D打印过程。我们展示了第一个通过金属3D打印制造的全功能IH型漂移管结构。一个433 MHz的原型腔已经建成，作为该技术的概念验证。腔体被设计成具有UHV能力，并且包括到达DTL结构的杆中的冷却通道。我们提出了这个原型的第一个实验结果。
2021-05-27 physics.acc-ph physics.app-ph
Data-Driven Gradient Optimization for Field Emission Management in a Superconducting Radio-Frequency Linac
Thomas Jefferson National Accelerator Facility（托马斯·杰斐逊国家加速器设施）；Old Dominion University（奥多明尼昂大学）
本研究利用结合不确定性量化的机器学习预测超导射频直线加速器中的辐射水平，并优化腔梯度，使中子和伽马辐射较标准设置降低超40%，同时维持所需总能量增益。
2024-11-11 cs.LG 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
Ultimate bunch length and emittance performance of an MeV ultrafast electron diffraction apparatus with a DC gun and a multi-cavity SRF linac
提出了一种基于直流光电子枪和具有多个独立控制的加速和聚束腔的SRF直线加速器的高重复频率MeV能量超快电子衍射仪的设计。该设计是基于现有的康奈尔光电注入器，它可以很容易地应用到所提出的研究结果。使用粒子跟踪模拟结合多目标遗传算法优化，我们探索最小的束长度，发射度，和探针光斑尺寸可实现的。我们目前的结果为两个频闪条件（单电子每脉冲）和$10^5$电子/束，这可能是适合于单次拍摄衍射图像。在频闪的情况下，由多腔聚束和加速提供的灵活性允许纵向相空间线性化而无需更高次谐波场，从而在样品处提供亚fs聚束长度。鉴于低发射率光电发射条件下，这些小束长度可以保持与探针的横向尺寸在一微米尺度和以下。在每个脉冲$10^5$电子的情况下，我们模拟了最先进的5D亮度条件：均方根聚束长度为10 fs，归一化发射度为3 nm，同时现在允许重复频率高达1.3 GHz。最后，为了帮助设计新的基于SRF的UED机器，我们模拟了所使用的腔的数量和可实现的聚束长度和发射度之间的权衡。
2022-02-28 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
Gridded RF Gun Design for SRF Linac Applications
本研究设计了一款用于Nb₃Sn传导冷却10 MeV SRF直线加速器的栅极射频电子枪，集成于250 keV注入器首腔，束流2 mA，导流系数测量与设计吻合，束流匹配注入器可避免SRF腔电流截获。
2024-09-11 physics.acc-ph physics.ins-det
Disturbance Observer Application for the Compensation of the Phase Drift of the LANSCE DTL LINAC Solid State Power Amplifier
美国洛斯阿拉莫斯中子科学中心（LANSCE）直线加速器前端采用4台201.25 MHz漂移管直线加速器（DTL）将H+和H-束流加速到100 MeV。三个201.25 MHz DTL由双三极管供电，第一个DTL由四极管供电。一个20千瓦的固态功率放大器（SSPA）是用来提供约15千瓦的驱动功率的四极管。SSPA采用水冷式设计，由24个推挽式LDMOS晶体管组成，可在45%的功率饱和能力下工作，提供充足的功率余量和出色的线性度。然而，SSPA的相位在几十分钟内以+/-20度扰动，部分原因是风冷SSPA驱动器循环器的温度相关相位变化。这种相位变化消耗了腔场反馈控制器的大部分相位控制裕度。为了减小SSPA相位变化对腔场的影响，在腔场控制FPGA上设计并实现了与腔场反馈控制器并行工作的扰动观测控制器（DOBC）。在本文中，DOBC的设计和它的功能，以及它的短期和长期的性能。
2022-11-14 physics.acc-ph
Overview of the APT Accelerator Design
APT项目的加速器是一台100 mA CW质子直线加速器，输出能量为1030 MeV。高能射束传输（HEBT）将射束传送到光栅扩展器，光栅扩展器在靶/毯（T/B）组件处提供大的矩形分布。质子束在T/B中产生的散中子与氦-3反应产生氚。APT直线加速器的设计是一个集成的正常传导（NC）/超导（SC）质子直线加速器;机器架构已在其他地方讨论[1]。NC直线加速器由75 keV注入器、6.7 MeV 350 MHz射频四极杆、96 MeV 700 MHz CCDTL和700 MHz CCL组成，输出能量为211 MeV。这是其次是SC直线加速器，采用700 MHz的椭圆铌5细胞腔加速束到最终的能量。SC直线加速器有两个部分，优化为b =0.64和b =0.82的束流速度。每个部分由包含两个，三个或四个5-cell腔的低温模块组成，由1-MW 700-MHz速调管驱动。NC直线加速器中的单线态FODO晶格转变为SC直线加速器中的双线态聚焦晶格，在温暖的模块间空间中具有常规的四极磁体。这种双重晶格在HBT中继续。目前的直线加速器设计的概述。
2000-08-14 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
Distributed Coupling Accelerator Structures: A New Paradigm for High Gradient Linacs
我们提出了一种拓扑结构的直线加速器（直线加速器），允许更大的自由度的优化个别腔的形状。功率通过具有周期性孔径的波导分配到腔体，该周期性孔径保证沿着结构的正确相位和振幅。这种拓扑结构优化了功耗和效率，并允许操纵表面场进行高梯度操作。它还为使用新型材料的低温制造技术提供了可能性。这大大提高了正常和超导直线加速器的性能。我们提出了一个设计和实验演示这种直线加速器。
2018-11-25 physics.acc-ph
Beam Dynamics Design and Electromagnetic Analysis of 3 MeV RFQ for TAC Proton Linac
对土耳其加速器中心（TAC）352.2 MHz射频四极杆加速器进行了束流动力学设计，该加速器能将连续波质子束流从50 keV加速到3 MeV的动能。同时，对输入光束参数引入扰动后的谐振腔进行了误差分析，考察了扰动对输出光束参数的影响，并对谐振腔进行了二维和三维电磁结构设计，得到了与光束动力学参数相一致的最佳谐振腔参数。利用LIDOS. RFQ软件对该激光器进行了光束动力学分析和误差分析。利用SUPERFISH软件对二维谐振腔进行了电磁设计，利用CST Microwave Studio软件对三维谐振腔进行了电磁设计。
2014-09-15 physics.acc-ph physics.comp-ph
Design and Simulation of a high order mode cavity bunch length monitor
提出了一种基于高次模腔的束团长度测量方法。将谐振腔工作在模式TM 0 n 0，使谐振腔的半径可以任意选择，以突破束管半径的限制。设计了一种用于正电子源直线加速器的双腔束团长度监测器。讨论了不同束团时间结构下工作频率的选择，推导了束团长度的计算公式。基波谐振腔谐振频率为2.856 GHz，模式为TM 010。五次谐波谐振腔在14.28 GHz（直线加速器基频2.856 GHz的五次谐波）处谐振，模式为TM 020，这可以提供更大的半径。每个谐振腔都装有一个滤波器，以抑制不需要的信号。在CST Particle Studio中进行了束流100- 300 mA、束团长度5- 10 ps的模拟测量，计算结果具有较高的精度（优于3%）。会上讨论了几个案例。
2015-12-02 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
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
High-efficiency broadband THz emission via diffraction-radiation cavity
基于加速器的太赫兹（THz）辐射有望实现高功率宽带光源。提出了一种利用低发射度、短束团、高重复频率电子束在光学腔中实现相干衍射辐射的方案。该方案利用束团间的受激辐射过程，大大提高了辐射发射效率。我们进行了一项实验与超导直线加速器建造的能量回收直线加速器（ERL）的测试设备。电子束穿过腔镜上的小孔而不被破坏。当扫描腔的往返长度时，观察到尖锐的太赫兹共振信号，其指示与束减速相关的宽带受激辐射。该观察证明了由于受激辐射过程而导致的有效的射束到辐射能量转换。
2019-02-20 physics.acc-ph
Status of the ILC Main Linac BPM R&D
介绍了高分辨率冷束流位置监测器（BPM）和相关读出电子学的研究与发展活动的现状。两种不同的BPM探测器概念，将被附加到SC四极杆和位于ILC cryomoplant内部，目前正在研究中：一个谐振偶极模腔式BPM拾取器，在费米实验室开发，和再入谐振同轴波导BPM，由CEA-Saclay设计。虽然1.5 GHz偶极模腔BPM仍处于研发阶段，但再入BPM已经通过了第一次波束测试，包括其读出系统。此外，LAPP集团正在开发耐辐射数字读出系统，该系统在CLIC测试设施（CTF）进行测试。
2009-02-17 physics.acc-ph physics.ins-det
Multi- Physics analysis of the RFQ for the Injector Scheme II of CADS Driver Linac
为中国加速器驱动器系统（CADS）的注入器方案II设计了一种162.5MHz、2.1MeV的射频四极结构。根据需要，该换能器将以连续波（CW）模式工作。对于连续波常导电机，由于温度波动会引起谐振腔变形，导致谐振频率偏移，因此热管理将是最重要的问题之一。因此，需要对腔体进行详细的多物理场分析，以确保腔体能够稳定地工作在所需的功率水平上。多物理场分析过程包括射频电磁场分析、热分析、力学分析，这一过程将反复进行几个循环，直到找到满意的解。作为广泛接受的措施之一，冷却水系统用于频率微调，因此还研究了冷却水系统在不同条件下的调谐能力。结果表明，采用冷却水系统后，系统的温升和频移都可以控制在可接受的范围内。
2013-12-02 physics.acc-ph
Measurement of the Per Cavity Energy Recovery Efficiency in the Single Turn CBETA Configuration
在建立世界上第一个多匝超导能量回收直线加速器（ERL）之前，Cornell-BNL能量回收测试加速器（CBETA）被配置为单匝能量回收。在这种设置中，直接测量的束流负载在每个主直线加速器腔表现出高的能量回收效率。具体地，测量到99.4%的总单匝功率平衡效率，每腔功率平衡范围为99.2- 99.8%。当考虑到在返回回路的路径长度调节部分中发生的小颗粒损失时，这对应于范围从99.8%至100.5%的每腔单颗粒能量回收效率。能量回收的最大电流为70微安，受限于初步安装时束流停止器的辐射屏蔽。
2020-10-28 physics.acc-ph
Beam Dynamics simulations for ERDC project -- SRF linac for industrial use
针对ERDC项目，研究团队设计了集成热射频栅控枪的常温射频注入器，通过MICHELLE与ASTRA软件完成束流动力学模拟与交叉验证，实现了束流在类TESLA腔中的无损失加速，适配工业用SRF直线加速器需求。
2024-09-11 physics.acc-ph
Compensation of Transverse Field Asymmetry in the High-beta Quarter-wave Resonator of the HIE-ISOLDE Linac at CERN
CERN的REX-ISOLDE放射性离子束（RIB）后加速器的超导升级将利用一个紧凑的晶格，包括四分之一波谐振器（QWR）和超导体，加速质量范围为2.5 < A/q < 4.5至超过10 MeV/u的束。短且独立定相的四分之一波长结构允许RIB在可变速度剖面上加速，并且在与螺线管聚焦耦合时提供无与伦比的纵向接受度。将螺线管结合到低温超导体中缩短了直线加速器，同时最大化了接受度，但是在存在不对称QWR场的情况下螺线管聚焦的应用可能对光束质量产生影响。在实验室参考系中，非对称光束的旋转产生有效发射度的增长。我们提出了修改的腔的几何形状，以优化的对称性的高β QWR的横向字段。一个跑道形的光束端口进行了分析和修改的内部导体的几何形状，这将使铌膜有效地溅射到腔表面上。
2009-09-27 physics.acc-ph
Tuning methods for multigap drift tube linacs
针对多间隙漂移管直线加速器无封闭形式表达式计算输出束流参数的问题，提出基于束流分布矩积分的方法及模型与机器射频振幅的校准，实现快速在线能量变化并经23Na6+束流验证。
2025-04-16 physics.acc-ph physics.app-ph physics.comp-ph
Beam-Breakup Instability Theory for Energy Recovery Linacs
在这里，我们将推导出在循环直线加速器，其中的聚束不一定是在相同的RF相位在每个再循环圈的束分裂不稳定性的一般理论。这对于描述能量回收直线加速器（ERL）是重要的，其中聚束在RF波的减速相位处再循环，并且对于其中不同RF相位是有利的其他再循环器布置是重要的。此外，它还可用于分析再循环束团的相位误差。它示出了如何为一个给定的直线加速器的阈值电流可以计算和一个显着的协议与跟踪数据证明。然后分析了几种解析可解情况下的一般公式，这些情况表明：（a）为什么一个腔中的不同高阶模（HOM）不耦合，以便可以单独考虑最危险的模式。(b)为了分别考虑它们，HOM频率必须有多不同。(c)任何光学器件都不能使两个腔的高阶矩相消。(d)光学器件如何避免两个腔的不稳定性的增加。(e)多匝再循环器中的HOM如何干扰自身。此外，还介绍了一种计算腔体失调引起的轨道偏差的简单方法。结果表明，BBU不稳定性总是发生在轨道漂移变得很大之前。
2004-05-20 physics.acc-ph
The Study of Media Beta Elliptical Cavities for CADS
中国加速器驱动次临界系统（CADS）是一个高强度的质子设施，处理核废料和产生电功率。CADS是基于1.5GeV，10mA连续波超导直线加速器作为驱动器。直线加速器的高能段由两类SC椭圆腔组成，这两类SC椭圆腔分别为几何β 0.63和0.82设计。本文对650 MHz \b{eta} =0.63 SC椭圆腔进行了研究，包括腔优化、二次碰撞、高阶模（HOM）和射频功率计算。关键词：大电流，中β，ADS，超导腔，HOMs
2015-05-13 physics.acc-ph
Higher order mode damper for low energy RHIC electron cooler SRF booster cavity
为了提高RHIC在10 GeV/核子以下重离子束流的亮度，低能RHIC电子冷却器（LEReC）目前正在BNL调试。LEReC的直线加速器设计用于提供1.6 MeV至2.6 MeV的电子束，均方根dp/p小于5e-4。该直线加速器采用704 MHz超导射频（SRF）加速腔，加速电压高达2.2 MeV。在这种低能量和非常苛刻的能量扩展要求下，腔中高阶模（HOM）的控制变得至关重要，需要仔细评估以确保对光束的影响最小。在本文中，我们报告的HOM阻尼器的多物理设计，以满足该腔体的能量传播的要求，以及实验结果的HOM阻尼器的腔体和没有。
2019-03-01 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
High Current Beam Dynamics in an Ess SC Linac
本文介绍了欧洲空间源（ESS）高能直线加速器的三种设计方案。最有前途的是一个正常传导（nc）耦合腔直线加速器（CCL）的最终能量或在407 MeV的变化，只有一组6细胞超导（sc）椭圆腔。全三维蒙特卡罗模拟的两个选项，优化减少晕形成在直线加速器端。对于无误差匹配的情况，特别是在纵向平面上的晕形成是更明显的混合解决方案与超导腔，不可避免的相位滑移所造成的，但仍然是相当好的无损耗环注入可以接受的。然而，对于一个30%失配的致密核心的模拟，除了1.5%的晕粒子外，即使在真实空间中，也很少有粒子具有非常大的振幅。这种情况下，代表晕形成前端到端的模拟，造成电流波动，增强的电流输出分布和增强的累积场误差。
2000-08-17 physics.acc-ph
Design of a 10 MeV normal conducting CW proton linac based on equidistant multi-gap CH cavities
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。在分析连续波低能质子直线加速器聚焦特性的基础上，提出了一种基于等间距七间隙十字H型腔的10 MeV低能正导质子直线加速器。直线加速器由10个7间隙CH腔组成，横向聚焦由腔间的四极偶极维持。直线加速器的总长度小于6米，平均加速梯度约为1.2 MeV/m。利用微波工作室对腔体的电磁特性进行了研究。在标称加速度梯度下，腔体内最大表面电场小于1.3倍基尔帕特里克极限，每个腔体的欧姆损耗小于35 kW。利用Tracewin程序进行了多粒子束流动力学模拟，模拟结果表明，该加速器的束流动力学性能稳定，能够加速到30 mA的束流，并具有良好的动力学性能。
2014-11-28 physics.acc-ph
Study on transient beam loading compensation for China ADS proton linac injector II
在2014年10月至12月在中国科学院近代物理研究所进行的加速器驱动次临界（ADS）系统注入器原型II的束流调试测试期间，观察到了显著的瞬态束流加载效应。在这些测试中，实验进行了CW操作的腔与脉冲束电流，该系统被配置为利用一个原型数字低电平射频（LLRF）控制器。该系统最初是在脉冲模式下使用简单的PID反馈控制算法操作的，该算法在脉冲10 mA射束操作期间不能保持期望的梯度调节。采用PI反馈和前馈控制相结合的方法，实现了一种简单的束流瞬态负载补偿方法，以显著减小腔梯度中的束流瞬态效应。采用该控制算法后，超导腔场的变化率小于1.7%。本文介绍了该系统的设计和实验结果。
2016-01-25 physics.acc-ph
The upgrade of J-PARC linac low-level radio frequency system
J-PARC直线加速器由324 MHz低β段和972 MHz高β段组成。共有48个车站。每个台站都配备了独立的低电平射频系统，以实现幅度为$\pm1$ %、相位为$\pm1$ °的加速场稳定度。这些低β波段的系统，有些已经使用了10多年，特别是324 MHz低β波段。由于供应不足，系统维护变得越来越困难。在不久的将来，j-parc直线加速器的束流计划增加到60 mA。届时，现行系统在解决梁加载效应方面将面临巨大的压力。鉴于此，在j-parc直线加速器上研制了一种新的数字式llrf系统。在本文中，新系统的体系结构将被报告。总结了带测试腔的系统性能。
2018-03-24 physics.acc-ph
Commissioning of Ih-RFQ and Ih-DTL for the Gsi High Current Linac
Unilac的新的1.4 MeV/u前端HSI（HochStromInjektor）加速离子，A/q比高达65，束流强度高达0.25 A/q。最大束流脉冲功率可达1300 kW。在1999年4月至9月的直线加速器分步调试期间，在两周内对每个腔后的束流进行了分析。主要使用了体积等离子体源MUCIS输出的非常稳定的Ar ~（1+）束。测量的标准。在0.45 π mm mrad附近的80%发射度区域接近于来自束流模拟的结果。在直线加速器出口处达到了设计强度的80%。2000年2月，MEVVA源的U4+束流首次被加速。
2000-08-18 physics.acc-ph
Space charge dominated momentum spread and compensation strategies in the post-linac section of Proton Improvement Plan-II at Fermilab
针对 PIP-II 后直线加速器段空间电荷导致束流动量散布超标的问题，本文提出并优化了采用 debuncher cavity 的缓解策略，确保束流安全传输至 Booster 同步加速器。
2024-05-31 physics.acc-ph
Optics Reconstruction in the SCL Section of the FNAL Linac
本文针对FNAL直线加速器SCL段，提出三步光学重建方法，通过四极铁扫描与BSM测量确定Twiss参数，调整四极铁校准，并利用TraceWin模拟验证束流包络，获取了过渡段入口处的束流参数。
2025-09-16 physics.acc-ph
Bridging Metal Additive Manufacturing and RF Accelerator Design: Development of a 704.4 MHz Crossbar H-Mode Linac for Efficient Beam Acceleration
GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung（GSI亥姆霍兹重离子研究中心）；Institute for Applied Physics, Goethe-University Frankfurt（法兰克福歌德大学应用物理研究所）；Helmholtz Research Academy Hesse for FAIR（黑森亥姆霍兹FAIR研究院）
本文提出了一种704.4 MHz交叉bar H模式腔体，通过金属增材制造技术实现高效频率跃迁和紧凑加速器结构，展示了其在连续波和脉冲操作中的高效束流加速能力。
2026-04-20 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
Status of Superconducting RF Linac Development for APT
本文介绍了美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的高电流超导射频直线加速器的研制进展，该加速器是为美国加速器氚生产项目（APT）设计的。APT直线加速器设计包括CW超导RF高能量部分，跨越211至1030 MeV的能量范围，并在700 MHz的频率下工作，具有两个恒定的β部分（β为0.64和0.82）。在过去的两年里，我们已经朝着建立一个beta为0.64的低温恒温器的方向发展。完成了5单元超导腔和210kW功率耦合器的设计。我们计划于2000年9月开始组装低温卫星。在本文中，我们提出了一个概述的状态，我们的发展努力和报告的结果腔和耦合器测试程序。
2000-08-17 physics.acc-ph
Beam Breakup Instability Studies of Powerful Energy Recovery Linac for Experiments
本文研究PERLE能量回收直线加速器的束流崩溃不稳定性，提出最优填充模式与束团定时策略，并验证HOM阻尼器可将阈值电流提升至设计值十倍以上。
2024-09-04 physics.acc-ph
Fabrication and cold test of prototype of spatially periodic radio frequency quadrupole focusing linac
中国科学院近代物理研究所研制了一台频率为325 MHz的空间周期射频四极聚焦直线加速器样机，该样机有望成为强流直线加速器的前端元件。它由一系列交替交叉H型漂移管和射频四极部分。由于其特殊的几何形状，腔体的加工是其工程开发和应用的主要障碍。在本文中，我们报告了详细的机械设计，这种结构，并描述了其制造过程，包括加工，装配和检查。场分布的测量通过珠拉技术。结果表明，加速场和聚焦场的场误差都在可接受的范围内。提出并验证了这种新结构的调谐方案。详细介绍了冷态试验过程和结果。该样机的研制为空间周期射频四极结构的应用提供了有价值的指导。
2021-01-15 physics.acc-ph
A high resolution cavity BPM for the CLIC Test Facility
在CLIC主直线加速器高分辨率束流位置测量系统研制的背景下，我们提出了一种腔式束流位置测量系统样机的设计。它由一个波导加载偶极模式谐振器和一个双模式参考腔组成，两者都工作在15 GHz，与CLIC测试设施的聚束频率兼容。需求，设计理念，数值分析，和实际的考虑进行了讨论。
2012-07-19 physics.acc-ph
Stimulated excitation of an optical cavity by a multi-bunch electron beam via coherent diffraction radiation process
利用超导直线加速器实现的高重复频率低发射度短束团电子束，研究了太赫兹波段光腔的受激激发。电子束穿过腔镜上的小孔而没有被破坏。当扫描腔的往返长度时，观察到通过相干衍射辐射指示宽带受激发射的尖锐共振结构。
2018-07-17 physics.acc-ph
Stable Acceleration of a LHe-Free Nb3Sn demo SRF e-linac Based on Conduction Cooling
中科院近物所团队针对CiADS项目需求，研制了基于传导冷却的无液氦Nb₃Sn演示型SRF电子加速器，通过多制冷机协同控温实现稳定加速，验证了该类薄膜腔的工程应用可行性与工业前景。
2024-04-14 physics.acc-ph
A High Current Proton Linac with 352 MHz SC Cavities
本文提出了一种采用超导β梯度、CERN型、四腔、352 MHz的10-120 mA质子直线加速器的方案。机器的高能量部分（100 MeV-1 GeV）被分成三个β梯度部分，并通过周期性双合线阵列提供横向聚焦。所有参数，如耦合器中的功率和腔中的加速场，都在操作机器中实现的现有技术范围内。建议在30 mA束流操作的第一阶段，而升级的机器，以120 mA的操作，可以获得增加的速调管和耦合器的数量每个腔。额外的耦合器端口（最多四个）将集成在腔体设计中。初步计算表明，考虑到352 MHz结构的宽孔径，束流传输是可行的。对于超导高能段（100 MeV-1 GeV），120 mA扩展的资本成本小于100 M $ at 10 mA, reaching up to 280 M$。建议的机器的高效率，达到50%，在15毫安，使其成为一个很好的候选人，拟议的核废物焚烧设施和能量放大器的研究。
1996-09-14 acc-phys physics.acc-ph
High-gradient SRF Cavity with Minimized Surface E.M. Fields and Superior Bandwidth for the ILC
结果提出了一种替代腔的ILC基线设计的TESLA式SRF主加速直线加速器。与基线设计和一些当前的高梯度设计相比，这种重新优化的形状增强了加速模式的带宽，并且具有减小的表面电场和磁场。详细模拟了电磁场场的新的低表面场（NLSF）腔，包括端细胞和耦合器的设计，报告。文中还讨论了偶极模的重分布。
2009-10-07 physics.acc-ph
Compensation of wake-field-driven energy spread in Energy Recovery Linacs
能量回收直线加速器提供高能量束，但在倾倒它们之前将这些束减速，以便它们的能量可用于加速新粒子。在这种减速过程中，在高能量下产生的任何相对能量扩散都被高能量和转储能量之间的比率放大。因此，能量回收直线加速器对在高能量下获得的能量扩散（例如，来自尾流场）敏感。人们可以通过能量恢复直线加速器的适当部分中的能量依赖飞行时间项以及通过高频腔来补偿由于尾流引起的时间相关能量扩散。我们表明，非线性飞行时间的条款只能消除奇阶的时间和能量之间的相关性，如果这些条款是由一个电子束传输内的直线加速器，这是常见的加速和减速光束。如果这两个射束被分离，使得不同的射束传输部分可以用于产生适合于每个射束的飞行时间项，则还可以消除能量扩展中的偶数阶项。作为一个例子，我们调查的潜力，使用这种方法的康奈尔X射线能量恢复直线加速器。通过二次飞行时间项，能量扩散可以减少66%。或者，由于能量传播的主要阻力尾场的分析加速器是近似谐波的时间，高频腔可以减少81%的能量传播。这种方法将需要在单独的部分中进行束流延长和再压缩，以加速和减速束流。因此，这些部分已经包括在康奈尔的x射线能量回收直线加速器设计中。
2008-05-17 physics.acc-ph
Successful High Power Acceleration of the HSC Type Injector for Cancer Therapy in IMP
在此基础上，研制了一种将射频四极杆结构和漂移管结构组合在一个叉指H腔中的混合单腔直线加速器，并将其组装成用于治癌同步加速器的原理验证型注入器。HSC直线加速器的注入方式采用了直接等离子体注入方案（DPIS），该方案被认为是目前唯一能加速激光离子源（LIS）产生的强流重离子束的方法。HSC的输入束流被设计为20毫安（mA）C6+离子。数值模拟结果表明，该加速器可以加速6 mA的C6+离子束，满足治癌所需粒子数（108~9个/脉冲）的要求。该注入系统采用了DPAS方法的HSC注入器，可以省去现有的多匝注入系统和剥离系统，并可以使现有同步加速器磁体的束管尺寸缩小，从而降低同步加速器的整体成本（估计数百万美元）。详细的测量和评估组装的HSC直线加速器，并使用LIS与DPIS的高功率测试的结果，本文报道。
2015-03-25 hep-ex physics.acc-ph
