托马斯·杰斐逊国家加速器装置

加速器

实验室的主要研究设施是CEBAF加速器，它由一个偏振电子源和注入器以及一对7/8英里（1400米）长的超导射频直线加速器组成。两个直线加速器的两端通过两个带有磁铁的弧形部分相互连接，使电子束弯曲成弧形。所以，光束路径是一个赛道形状的椭圆形。(大多数加速器，如欧洲核子研究中心或费米实验室，都有一个圆形的路径，有许多短室，以加速电子沿圆周传播)。当电子束最多连续绕5个轨道时，其能量会增加到最大6GeV。实际上，CEBAF是一个线性加速器(LINAC)，就像斯坦福大学的SLAC一样，被折叠成其正常长度的十分之一。它的作用就好像是一个7.8英里长的直线加速器。

CEBAF的设计使得电子束是连续的，而不是典型的环形加速器的脉冲束。(有一些光束结构，但脉冲要短得多，而且相距较近。)CEBAF的设计使电子束是连续的，而不是典型的环形加速器。电子束被定向到三个潜在的目标上（见下文）。JLab的显著特点之一是电子束的连续性质，束长小于1皮秒。另一个特点是JLab使用了超导射频（SRF）技术，该技术使用液氦将铌冷却到约4K（-452.5°F），消除了电阻，使能量最有效地传递给电子。为了实现这一目标，JLab使用了世界上最大的液氦制冷器，是最早大规模实施SRF技术的单位之一。加速器建在地球表面以下8米，即约25英尺处，加速器隧道壁厚2英尺。

每一个大厅都有一个独特的光谱仪，用来记录电子束和固定目标之间的碰撞结果，这使得物理学家可以研究原子核的结构，特别是质子和中子的相互作用。这使物理学家能够研究原子核的结构，特别是构成原子核质子和中子的夸克的相互作用。

粒子行为

每次绕圈时，光束都会通过两个LINAC加速器中的每一个，但要通过一组不同的弯曲磁铁。(每套磁铁的设计都是为了处理不同的光束速度。)电子最多通过五次LINAC加速器。

碰撞事件

当目标中的一个核被电子束击中时，就会发生"相互作用"或"事件"，将粒子散射到大厅中。每个大厅都包含一个粒子探测器阵列，跟踪事件产生的粒子的物理特性。探测器产生的电脉冲通过模数转换器(ADC)、时数转换器(TDC)和脉冲计数器(标度器)转换成数字值。

这些数字数据必须被收集和存储起来，以便物理学家以后可以分析数据，重建发生的物理学。执行这一任务的电子和计算机系统称为数据采集系统。

12 GeV升级

截至2010年6月，已开始在加速器与其他三个大厅的另一端增建一个端站D厅，并进行升级，将光束能量增加一倍，达到12 GeV。同时，测试实验室的增建工程正在进行（CEBAF和全世界使用的其他加速器所使用的SRF腔体就是在这里制造的）。

自由电子激光器

JLab拥有世界上最强大的可调谐自由电子激光器，输出功率超过14千瓦。美国海军资助这项研究，以开发一种可以击落导弹的激光。由于该实验室从事的是机密军事研究，除了每两年举行一次开放日外，该实验室是不对公众开放的。

JLab自由电子激光器使用能量回收LINAC。电子被注入一个线性加速器中。然后，快速移动的电子通过一个摆动器，产生一束明亮的激光光束。然后电子被捕获，并被引导回LINAC的注入端，在那里它们将大部分能量转移到新的电子上，重复这一过程。通过重复使用电子及其大部分能量，自由电子激光器运行所需的电力更少。JLab是第一台能量回收LINAC，可以产生超强光。康奈尔大学现在正试图建造一个产生X射线的实验室。

CODA

由于CEBAF有三个互补的实验同时进行，因此决定三个数据采集系统应尽可能地相似，以便物理学家从一个实验转到另一个实验时能找到一个熟悉的环境。为此，我们聘请了一批专业物理学家组成数据采集开发小组，为三个大厅开发一套通用系统。CODA，即CEBAF在线数据采集系统，就是这样的结果[1] 。

说明

CODA是一套帮助构建核物理实验数据采集系统的软件工具和推荐硬件。在核物理和粒子物理实验中，粒子轨迹由数据采集系统进行数字化处理，但探测器能够产生大量可能的测量结果，即"数据通道"。

ADC、TDC和其他数字电子器件通常是大型电路板，前缘有连接器，提供数字信号的输入和输出，后缘有连接器，插入背板。一组电路板插入一个机箱，或"板条箱"，为电路板和背板提供物理支持、电源和冷却。这种安排使得能够将数百个通道数字化的电子装置能够装入一个机箱。

在CODA系统中，每个机箱都包含一块电路板，它是机箱其他部分的智能控制器。该板称为读出控制器(ROC)，在第一次接收数据时对每个数字化板进行配置，从数字化器中读取数据，并将数据格式化，以便以后分析。