能量回收型直线加速器ERL

基本原理：让已被直线加速器加速和使用过的电子束
( 如用于驱动自由电子激光等) , 经过回转的束流输运通道, 再返 回到直线加速器入口, 并进入直线加速器, 但让电子束受到高频 电场力的方向与电子束前进的方向相反( 而不是相同) , 也就是 说, 让电子束减速( 而不是加速) ,从而使电子束的能量以电磁波 的形式返还给加速结构, 用于下一个新束团的加速。它的特点是 既保留了直线加速器的束流性能好的优势，又使整机效率趋近 环形加速器。
核物理ERLs: JLAB基于ERL原理，设计成电子离子对撞机，产生中等能量的粒子。 其中一个eRHIC对撞机就是把10GeV的电子与极化的质子、离子相对撞。这也就是之 前所说的ERL-Colliding beam 碰撞束加速器。
百度文库
New, active high-current linac SRF structure developments
能量回收型直线加速器 ERL
简介：
能量回收型直线加速器( Energy Recovery Linacs, 简 称ERL) , 是一种新型的、发展中的加速器,它具有直线加 速器的优质束流性能, 具有接近环型加速器的高效率。 同时它也是将超导加速器和储存环的优点结合起来的一 种装置, 主要用于产生高平均功率的自由电子激光。已 在自由电子激光等方面投入应用, 并具有多方面的发展 和应用前景。同时，它也是一种计划替代同步辐射源的 装置，并将把同步辐射科技带入一个新的领域。
采用超导加速器和能量回收技 术．2005年，国际知名的光源专家联 合对德国在建的欧洲x射线自由电子 激光(XFEL)装置提出了采用能量回收 技术的改进方案。
2004年，美国JLab采用能量回收技术 和超导电子加速器提供的高平均功率 的电子束如下图所示，在红外自由电 子激光波段获得10kW输出，回收效率 99％以上，预计目标是实现1MW输 出．同期，采用能量回收技术实现高 功率激光输出的单位还有日本JAEA和 俄罗斯的BINP．这些实验装置的成功 运行充分证明了能量回收技术原理的 可行性及其优越性．
ERL 发 展 动 态
ERL（能量回收型直线加速器）发展到近些年，在世界范围内演变成了4种： 1.ERL-FELs(FELs=Free Electron Lasers)自由电子激光加速器 2.ERL-Light sources 光源加速器 3.ERL-Electron coolers 电子冷却加速器 4.ERL-Colliding beam 碰撞束加速器
ERL-Electron coolers（电子冷却加速器）：由于传统的直线加速器极难得到要求的 电流，所以就用ERL型加速器。BNL的电子冷却器用于冷却的离子束是由基于ERL原 理的重离子对撞机产生的。2005年，于FNAL建成的DC电子冷却器能够回收电子能量。 这不是一个直线加速器，而是一个稳压静电加速器，并能得到最高能量的冷却电子。
• BNL – Construction of 5-cell, 703.75 MHz cavity, SRF electron gun, and construction 0.5A, 20 MeV ERL (design 80 MeV). • Cornell – Construction of a 2-cell, 1300 MHz injector cavities, DC electron gun, cold HOM damping of TESLA type cavities and design of 100 mA, 100 MeV ERL. • JLab – Design (construction in 2007) of a 5-cell cavity, DC gun with SRF booster under construction, design of 100 mA, 120 MeV ERL. • KEK – Development of radial damping scheme for TESLA type ERL cavity, design of a 100 mA, 200 MeV ERL.
比如说：美国杰弗逊实验室的红外自由电子激光驱动器。
示意图
ERL工作过程示意图1
ERL工作过程示意图2
双 线 型 ERL
Maury Tigner -ERL概念创始人
目前，世界上建议中的先进光源如： 康奈尔大学与JLab共同提出的ERL光 源、美国BNL实验室的PERL、美国 LBNL实验室的LUX-LBL、英国的 4GLS、日本的KEK，JAEA、德国的 ERLSYN、俄罗斯的MARS等，都将
ERL-FELs（自由电子激光加速器）：是所有开始运行了的ERL中，唯一一种 能够为FELs（自由电子激光器）提供束流的加速器。一束10KW强度的光束已 经在JLAB实验室产生，超过2KW的光束在JAERI实验室产生，他们都是使用 的超导射频系统（RF systems）。而在Novosibirsk（新西伯利亚）的实验室， 一个ERL=FELs已经建成了正常的传导腔（normal conducting cavities）。同 样是来自JLAB的对使用了两个直线加速器的推拉式FEL的提案，当一个加速器 在恢复束流的能量时（可以理解成技能冷却时），另一个就在加速，反之亦然。
表2给出了这3个实验室的红外自由电子激光及THz的电子束参数．Jlab的电子束 能量已达到160MeV，平均电流达到9．1mA．2006年10月，Jlab实现了在波长 1．6岫的14．2kW的连续波输出．下一步将对光腔进行改进，目标是实现 100kW一1MW的输出．JAEA的电子束能量为17MeV，自由电子激光波长为 22ktm，与2004年相比，目前束团重复频率已经加倍达到20．8MHz，注入器RF 功率源由8kW提高到了50kW，返回ARC段的能量接受度由7％提高到了15 ％．BINP的电子能量为12MeV，最大平均电流达到了20mA，其计划值为 150mA，它的特点是电流稳定阈值高，纵向接受度高，允许大能散运行，轨迹长 度和纵向色散要求宽松．
优势：
能量回收直线加速器(ERL)技术是近年来获得发展的重要加速器技 术．ERL具有高效、节能、稳定性好、低辐射水平等优势，被越来 越多地应用到先进光源和自由电子激光装置中．
原因：
未来光源要求高品质电子束具有低的电子束发射度、高亮度、高相干 性和超短时问结构．光阴极电子枪加上超导直线加速器可以提供高品 质电子束．而高光子通量需要高流强电子束，仅仅是使用直线加速器 需要非常大的电力资源．能量回收直线加速器(ERL)技术解决了上述问 题．图1是ERL的原理图，与波荡器作用产生自由电子激光输出后，电 子束返航注入主加速器，在减速相位把电子束的动能转换为微波能量， 用于加速新的电子束．ERL可使自由电子激光的能量转换效率有几倍 到几十倍的提高，并使辐射防护和微波功率源的投资大幅度地降 低．因此，采用ERL技术，不仅可以大幅降低高频系统的造价和主耦 合器的功率负担，提高效益／投资比，还具有高效、节能、稳定性好、 低辐射水平的特点．由于ERL技术的优势，采用ERL技术已成为新光 源发展的一个趋势．