全球直线加速器（GLC） 

计划在全球加速器上（原称日本直线加速器JLC）建一对直线加速器，彼此相对，如图所示。每个直线加速器以X波段(11.424 GHz)或C波段(5.712 GHz)技术为基础，专门用来加速负电子或正电子束流。每个机器的脉冲里，负电子和正电子从单独的专用束流源产生，并从注入的能量一直被加速到最后靶的能量，然后在对撞区发生对撞。然后处理束流。这一周期按100 ～150 Hz的重复率进行重复。 （左图为全球直线加速器1 TeV配置简图 ）

GLC的初始运行（一期）目标是质心能量(E CM )最高达到500 GeV.主直线加速器适当延伸后，不用在主要技术上进行任何改进（二期），质心能量就可提高到～1 TeV。为此，现行的计划从一开始就包括足够长的主直线加速器隧道，里面可放两套500 GeV的直线加速器。这样，不用再移动注入器整套装置，就可将能量提高。另外，沿主直线加速器提供分路束流线，在50,120个点和250 GeV将束流引出。这可支持在质心能量～100 GeV 和240 GeV时的运行，不必非要降低亮度。场地园区的总长度约为33公里。

负电子源产生极化或非极化负电子，这些负电子被S波段(2.856 GHz)直线加速器加速到1.98 GeV。然后负电子束流储存在阻尼环里以降低横向发射度。从10 GeV来的负电子电磁簇射产生正电子，这些正电子与钨铼靶对撞。簇射产生的正电子被收集起来，先由有大孔径的L波段(714 MHz)直线加速器加速到180 MeV，然后储存在级联前级阻尼环和和阻尼环里，以降低1.98 GeV时的横向发射度。从阻尼环引出的正负电子束流通过两级束团压缩束流线，包括6.25 GeV的S波段直线加速器。在那里，束团的长度被降低到110 µm，束流的能量升到8 GeV, 然后束流注入到主直线加速器。这两个主直线加速器的关键任务是以稳定的方式将加速梯度保持的越高越好，这样就可在具有现实长度的场地内将束流加速到所需的能量。GLC的主直线加速器以高频高技术为基础，加速器结构在室温情况下运行。  

X波段主直线加速器高频系统简图见图2说明。基本的功率源装置由一对周期永久磁铁（PPM）聚焦速调管组成。每根速调管的高频脉冲宽度为1.6 µs，功率为75 MW。然后，对这些脉冲加上一个时间压缩。这是因为加速器的结构需要比单个速调管能提供的功率大一些宽度小一些的高频脉冲，以产生所需要的加速梯度。为达到这一目的，一对速调管产生的脉冲被放在一起，然后带入双模式SLED-II脉冲压缩系统。该压缩系统将输入的高频脉冲压缩，时间压缩率为1/4，功率增益为3.3. 波导功率损耗10%，导致产生450 MW,400 ns的时间压缩脉冲，这些脉冲被传送到加速器结构入口处。 （左图为  GLC主直线加速器的高频系统简图） 

来自一个SLED-II装置的输出功率给了6个0.9 米长的加速器结构，导致产生负载加速梯度49.8 MV/m（无负载梯度为65 MV/m）或利用行波加速结构（注1. 在C波段情况下，负载梯度为31.1 MV/m，无负载梯度为41.8 MV/m. ）产生更高的负载加速梯度。这要与以S波段高频技术（2.856 GHz）为基础的标准电子直线加速器相比，它们典型地具有～16 MV/m的加速梯度，或最高约为～30 MV/m的加速梯度。因此，采用这一X波段方案可在直线长约33公里的园区建造一台TeV能级的直线对撞机，相当于西欧中心的LEP/LHC隧道的周长。

GLC的基线配置里有一个对撞区。GLC的两个主直线加速器要共线建造时，束流准直和最后聚焦段的布局将在束流对撞点引入一个7 mrad交叉角。作为一种选择，增加费用后，可再另建一个对撞区。这种情况下，将建两个最后聚焦段的隧道，支持最佳聚焦和处理两个对撞区的束流。

另一个涉及整个加速器全套装置的关键设计问题是产生尽可能高约为25 ×10³³cm^-2s^–1 或更高的亮度。这就导致在设计上要考虑有关注入系统、整个直线加速器发射度不变、束流传输和最后聚焦的关键问题。

 整个加速器系统的可靠性和效率应被视为另一个关键的问题，包括整个高频功率和能量性能，以及GLC的亮度性能。应该强调的是，送给实验的高集成亮度既需要出色的可靠性，又要有高的峰值亮度，调谐时间短，故障恢复快。（注2. 效率的问题部分靠引进两个主直线加速器的并行隧道（加速器和速调管隧道）来解决。加速器隧道里放加速器结构和其他束流线部件，正负电子束流将通过这些部件。速调管隧道里安放RF功率源、电源和其他许多控制电子学。这两个隧道的布局是，必要时可使人从事多方面的维修和安装工作，而在无人的加速器隧道里束流操作继续进行） 

 关于主直线加速器室温高频技术的选择，需要注意以下几点：

·RF频率更高时，X波段（和C波段）技术被认为是从已确立的普遍采用S波段技术的合理推断，但仍允许更高的加速梯度。因为电子直线加速器普遍采用S波段技术，所以在日本、亚洲、北美和欧洲有大量的专家，项目一旦启动，其中许多人可能会选择积极参加。

·更高的RF频率对加速器部件的装配、建造和运行各个方面的误差要求更为严格。但是，这些误差或是已经进行了测试，或是从已获得的东西中进行了小小的推断。

·X波段直线加速器的行波加速器结构经过处理，达到全无负载梯度65 MV/m, 而在标准情况下，带全电流的负载梯度为49.8 MV/m.这意味着通过降低束流电流，GLC的能量可比设计值高25%，达到标称亮度的30%。因此，在工程二期，无须对硬件进行任何修改，GLC的亮度在质心能量为1.25 TeV时就可达到～7 ×10³³cm^-2s^-1.

GLC加速器技术开发小组由来自包括KEK的日本研究机构的许多物理学家和工程师以及俄罗斯、韩国和中国的合作者组成。还应指出，以X波段技术为基础的直线加速器的非常类似的设计，已由NLC组发表。由于技术的相同性及日本和美国之间在高能物理研究方面有长期合作计划的历史背景，所以根据SLAC和KEK的所长签署的“谅解备忘录”，成立了“国际研究小组”（ISG）。该国际组定期开会，商定双方共同执行开展GLC和NLC设计所需的研究计划，其结果是使GLC和NLC的设计提供更大的灵活性和更高的亮度。目前，两个设计的基本参数一致，这样执行起来，多数是相同的或非常相似，主直线加速器硬件区尤为如此。两组之间在加速器的许多问题上，包括束流动力学、注入系统主直线加速器硬件、束流发送、最后聚焦和通用设施方面有合作计划。

左表列出了以X波段主直线加速器为基础的GLC的主要参数。束流由1.4 ns（注3.如果选择g-g对撞，在GLC设计中，还确定运行时有95个束团，束团的间隔为2.8 ns的参数。）隔开的192个束团组成。选择了对撞点处的束流参数，以使总的亮度不受接近质心能量的亮度小数部分和因韧致辐射引起的探测器本底的影响。

在初始阶段（一期），运行中，E_CM  假定为500 GeV，亮度为2 .5 ×10³⁴cm^-2s^–1，重复率为150 Hz（注4. 因为机器的重复与AC电源同步，所以如果GLC建在日本东部地区，这被认为是自然的选择。若建在西部地区，重复率将是60 Hz的倍数） 。通过在每个14.1公里长的直线加速器一半的隧道里安装上直线加速器高频系统就可达到这一目标。当然，为满足物理学家的兴趣，GLC开始时可采用较低的质心能量。第二阶段（二期），把另外所有的高频系统全部安装上，使质心能量等于1 TeV。重复率为100 Hz时,亮度达到2 .5 ×10³⁴cm^-2s^–1。（右图为  GLC 1TeV配置的预期能量与亮度图 ）

因为加速器结构具有能够将加速梯度最高保持在～65 MV/m，所以如果束流电流适度减少，GLC的质心能量为～1.2 TeV时，亮度仍可达到～10 ×10³³。

安装前，将对X波段主直线加速器的1 TeV行波加速结构进行处理，使全无负载梯度达到～70 MV/m, 而在正常运行条件下，负载梯度为49.8MV/m时，可实现全电流束流加速。所以通过减少束流电流，GLC可在高于标称能量25%的能量运行，亮度是标称亮度的30%。因此，在工程二期，无须对硬件系统做任何修改，GLC的亮度即可达～7 ×10³³cm^-2s^–1，质心能量为1.25 TeV。要指出的是，GLC最后的亮度实际上比表1中给出的设计值大约高出2倍。通过提高以束流为基础的准直技术和把破坏参数D y提高到～20（注5. 这大约是“设计值”的2倍，仍低于TESLA的值25-28 ），可获得更高的能量。左表说明GLC有在更高能量运行的潜力。

据估计，GLC总的造价为4591亿日圆，一期工程完工后每年的运行费用为233亿日圆，二期完工后每年的运行费用为300亿日圆。  

光子工厂（PF）