Deflections in Magnet Fringe Fields
一个横向多极展开推导出，包括纵向分量必然存在于不同的磁场剖面的区域。它可以用于精确的数值轨道跟踪通过边缘磁场区的磁铁，其端部设计引入没有外来组件，{ \it，即}麦克斯韦方程组不需要的场。在各种近似中获得的挠度的分析评价。主要强调的是一个“直线近似”，其中粒子轨道被视为直线通过边缘场区域。这种近似导致容易评估的品质因数，r.m.s.端部偏转与标称体偏转之比，可用于确定边缘场是否可以忽略。在"临界“情况下（例如在交叉区域附近）的挠度也用同样的近似法进行分析。
2003-02-20 physics.acc-ph
Analytic descriptions of soft-edge quadrupoles for beamline design in multi-particle simulations
Department of Physics and Astronomy, University of Victoria（维多利亚大学物理与天文系）；TRIUMF（特里尔姆夫国家粒子加速器中心）；Laboratory for Nuclear Science, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院核科学实验室）；Center for Frontiers in Nuclear Science, Stony Brook University（石溪大学核科学前沿中心）
研究多粒子模拟中束线设计里软边缘四极杆的场，给出描述其包括高阶像差的解析公式，先回顾特定解析模型并扩展，以TRIUMF的DarkLight实验光学设计为例展示在相关代码中的实现。
2026-07-17 physics.acc-ph
Magnetic design study of coil-dominated superconducting quadrupole magnets based on racetrack coils
在加速器超导四极磁体中已经采用了几种线圈结构，其中以cos 2 θ四极磁体的理论研究和工程应用最为成熟。然而，cos 2 θ四极磁体具有复杂的线圈结构，特别是在线圈的末端，这使得它难以应用于应变敏感的高温超导体。跑道型四极磁体对高温超导体是友好的。铁主导的跑道磁体的磁场强度受到铁磁极的磁饱和的限制。因此，具有简单几何结构的线圈主导型跑道型四极磁体成为了我们研究的重点。本文导出了与跑道形四极线圈参数有关的磁场谐波的解析表达式。这些表达式被用来找到解决方案的线圈几何参数与场谐波的顺序为10-4。最后通过实例建立了理想四极子模型，并对理论公式进行了验证。接下来，在ROXIE中完成了示例跑道四极磁体的设计和优化。最后，对跑道线圈和cos 2 θ线圈的优缺点进行了比较和讨论。
2021-08-26 physics.acc-ph
Fringe field simulations of a non-scaling FFAG accelerator
固定场交变梯度（FFAG）加速器以低成本提供了高质量、中等能量离子束的潜力。这些结构的建模是具有挑战性的传统光束跟踪代码，因为大的径向偏移的光束和边缘场效应的意义。在加速过程中，大量的调谐共振交叉，这将导致束流的不稳定性和储存环中的损失。在非定标FFAG中，希望这些共振能够足够快地交叉以防止光束损失。需要进行模拟以确定情况是否确实如此。在这里，我们模拟了一个非标度的FFAG加速质子从31到250兆电子伏。我们仅假设弯曲磁体具有中平面对称性，在中平面中具有指定的垂直弯曲场（y=0）。磁场可以得到无处不在使用幂级数展开，我们开发的数学工具来计算这种扩展到任意阶时的纵向场分布是由恩格函数。我们比较使用一个传统的硬边条纹与一个更准确的，软边条纹场模型。调谐1/3共振是最强的，在硬边条纹模型中穿过它会导致21%的光束损失。采用软边条纹模型，光束损失小于6%。
2012-02-03 physics.acc-ph
Matching Optimization for TRIUMF's Rare Isotope Linac
本研究通过计算边缘场效应并采用Matsuda-Wollnik方法，实现了TRIUMF稀有同位素后加速器中能段光学的真实建模，并利用并行调谐优化为操作员提供高效的重调谐手段。
2025-09-24 physics.acc-ph physics.app-ph
Magnetic Measurements at Warm of the First FCC-ee Final Focus Quadrupole Prototype
第一个FCC-ee最终焦点四极杆原型已经设计，制造，组装和测试在温暖。原型是CCT型的单孔四极磁体。磁体的一个边缘设计有局部多极抵消，而另一个边缘则保留传统设计。采用了优化的旋转感应线圈传感器。开发了一种技术来考虑由于测试环境引起的场失真，并将其与磁体效应区分开来，从而为原型展示了出色的场质量。
2021-05-27 physics.acc-ph
Development of a DTL Quadrupole Magnet with a New Electroformed Hollow Coil for the Jaeri/Kek Joint Project
采用改进的周期反向电铸工艺制造了空心线圈，研制了四极电磁铁。这些将安装在DTL（324 MHz）的每个漂移管中，作为日本原子能研究所/韩国能源公司高强度质子加速器设施联合项目的一部分。磁铁的性能的测量结果与计算机计算的估计一致。详细介绍了四极磁铁的设计、制作过程和测量结果。
2000-08-19 physics.acc-ph
Measurements of Electron Cloud Growth and Mitigation in Dipole, Quadrupole, and Wiggler Magnets
在不同的磁场环境中，在康奈尔电子储存环（CESR）中安装了减速场分析仪（RFAs），它提供了电子云的局部测量。本文介绍了RFA设计开发的偶极，四极，和摇摆器场区，并提供了一个概述，在每个环境中进行的测量。通过RFA测量评估了电子云缓解措施（包括涂层、凹槽和清除电极）的有效性。
2014-08-22 physics.acc-ph
Variable high gradient permanent magnet quadrupole (QUAPEVA)
高梯度四极杆在激光等离子体加速器、对撞机、衍射极限光源等不同的应用中是必需的。永磁体四极提供比常规电磁体更高的场强度和紧凑性。提出了一种基于永磁体的四极（所谓的“QUAPEVA”）的原始设计，其由放置在中心的Halbach环组成，孔半径为6 mm，并且由能够提供210 T/m的梯度的四个永磁体圆柱体包围。QUAPEVAs的设计，包括磁模拟建模，和机械问题的报告。给出了七个不同长度系统的磁测量结果，并证实了理论预期。在改变梯度强度时，磁中心的变化为+/-10微米。三个QUAPEVA磁体的三重体用于聚焦由激光等离子体加速源产生的具有大能量扩展和高发散度的光束，用于自由电子激光演示。
2017-06-14 physics.acc-ph
Tunable High Gradient Quadrupoles For A Laser Plasma Acceleration Based FEL
激光等离子体加速（LPA）能够在厘米的加速距离内产生GeV的光束，但具有相当高的初始发散度和大的能量扩展。COXINEL的目标是使用这种源演示紧凑型自由电子激光，其中使用具有适当元件的特定传输线，例如用于处理发散的可调谐高梯度四极杆。提出了一种创新的基于永磁体的四极杆（QUAPEVA），其由两个四极杆叠加而成，能够产生200 T/m的梯度。第一个四极子由环形磁体组成，并获得155 T/m的恒定梯度，第二个四极子由四个圆柱形磁体组成，围绕环形磁体，并能够围绕其轴旋转，以实现$\pm$ 46 T/m的梯度可调性。每个调谐磁体连接到电机并独立控制，使得梯度能够以相当好的磁中心稳定性（$\pm$ 10 $μ$ m）调谐，并且没有任何场不对称。报道了七种不同磁长的四极子的测量和磁场优化。安装在COXINEL的一套QUAPEVA三联体实现了良好的聚焦，并实现了基于光束的对准。
2017-12-11 physics.acc-ph
An adjustable focusing system for a 2 MeV H- ion beam line based on permanent magnet quadrupoles
设计、建造并测试了一个基于四极永磁体（PMQ）的小型可调聚焦系统。使用有限元模拟实现PMQ模型，提供2.35 T的集成场梯度，最大场梯度为57 T/m。构造了一个原型，并测量了磁场，表现出良好的协议与模拟。粒子轨迹模拟提供了四极位置的初始值。相应地，在束线上构造并组装四个PMQ，然后调整它们的位置以在目标上获得（1.2 x 2.2）mm^2的最小束斑尺寸。本文介绍了一种用于外离子束的可调PMQ束线。基于市售NdFeB磁体的新颖紧凑设计为离子束应用提供了高度灵活性。
2013-02-05 physics.acc-ph
Effect of CLIQ on training of HL-LHC quadrupole magnets
本文研究CLIQ装置对HL-LHC Nb3Sn四极磁体训练的影响，基于电容放电导致半线圈电流调制的原理，分析BNL所有MQXFA磁体数据，探讨训练效应及启示。
2024-02-07 physics.acc-ph
Simultaneous beam based alignment measurement for multiple magnets
提出了一种同时确定传输线或储存环中多个四极子的磁中心的方法。该方法通过用轨道校正器校正由于四极梯度强度的改变而引起的轨道偏移来找到磁体中心。选择四极子时，轨道校正磁铁和束流位置监测器位于四极子之间，以确保可以实现四极子位置的轨道校正。诱导轨道偏移的校正是通过使用校正器将轨道转向四极中心来完成的，使用其相对于校正器的响应矩阵。响应矩阵可以测量或计算。对一段直线加速器相干光源（LCLS）II和SPEAR 3储存环进行了模拟，验证了该方法的可行性和性能。并在SPEAR3上进行了实验测试。该方法可推广应用于非线性磁体的束基准直测量。
2022-03-28 physics.acc-ph
120-mm superconducting quadrupole for interaction regions of hadron colliders
本文介绍了一种适用于强子对撞机相互作用区的120 mm口径Nb_3Sn四极磁体的磁性和机械设计。磁体是基于一个两层壳式线圈和一个冷铁轭。由低Z材料制成的特殊间隔件被实施在线圈中间平面中以降低线圈中的辐射热沉积和辐射剂量的水平。四极杆的机械结构是基于由铁轭和不锈钢外壳支撑的铝环。磁体参数，包括最大场梯度和场谐波，Nb3Sn线圈预应力和保护在4.5和1.9 K的工作温度的报告。讨论了辐射热沉积在线圈和其他磁体部件中的水平和分布。
2012-02-01 physics.acc-ph
Demonstration of single-shot picosecond time-resolved MeV electron imaging using a compact permanent magnet quadrupole based lens
我们提出了一个实验的结果，其中短焦距（~ 1.3 cm）的永磁体电子透镜用于成像微米尺寸的特征的金属样品在Single Shot，使用超高亮度ps-长4 MeV的电子束从射频光注入器。使用具有近600 T/m场梯度的紧凑、小间隙（3.5 mm）、Halbach型永磁体四极的三重体获得超过30倍的放大率。这些结果为Single Shot时间分辨电子显微术的发展铺平了道路，并为高亮度电子束的应用开辟了新的机会。
2016-04-04 physics.acc-ph
Coil Creep and Skew-Quadrupole Field Components in the Tevatron
在运行的前20年中，费米实验室Tevatron开发了两个横向自由度之间的强耦合。用于校正耦合的斜四极磁体电路所需的强度，虽然有能力，但自1983年以来已经增加了一个数量级。对Tevatron进行碰撞束操作的改变改变了斜四极校正器分布，强耦合变得明显，经常在碰撞束物理运行期间扰乱常规操作。人们发现，主偶极磁体的超导线圈已经成为垂直位移相对于他们的轭，因为他们的建设。随后的系统的倾斜四极场引入此位移帐户所需的校正器设置和观察到的光束行为。在几个长时间的维护过程中，对磁体进行了原位调整，从而提高了Tevatron的性能。
2012-09-25 physics.acc-ph
Harmonic Suppression Study on Twin Aperture CCT Type Superconducting Quadrupole for CEPC Interaction Region
针对CEPC相互作用区双孔径CCT型超导四极磁铁，研究基于磁场计算揭示各阶谐波的独立性，并提出叠加高阶谐波的组合磁铁设计以节省空间、降低成本。
2020-03-08 physics.acc-ph
Design of a 10 GHz minimum-B quadrupole permanent magnet electron cyclotron resonance ion source
本文对一个具有最小B四极磁场拓扑结构的永磁体电子回旋共振离子源（ECRIS）进行了模拟研究。使磁场符合常规ECRIS，其中$B_\textrm{min}/B_\textrm{ECR}$为0.67，并且在10 GHz下最后闭合的磁等值面为1.86 $B_\textrm{ECR}$。平行于场的磁场梯度的分布，影响电子加热效率，覆盖从0到13 T/m的范围，类似于传统的ECRIS。因此，预期新型离子源产生大量的暖电子和高电荷态离子。单电子跟踪模拟用于估计等离子体室壁上的等离子体通量分布，并提供在提取狭缝处的离子密度分布的估计，然后用于离子光学模拟，证明通过低能量束传输的高传输。所设计的离子源的目的是研究，如果四极场拓扑结构可以产生高电荷态光束在可比的强度，以传统的ECRIS和有效地传输它们通过一个低能量束线，从而铺平了道路，超导ARC ECRIS使用相同的字段拓扑结构。最后讨论了该离子源作为单端加速器注入器用于离子束分析的前景。
2020-04-21 physics.acc-ph
Symplectic integrator for $s$-dependent static magnetic fields based on mixed-variable generating functions
本文描述了一种构造带电粒子在任意三维静态磁场作用下通过加速器部件时的辛转移映射的方法。传递映射是通过辛积分构造的;通过用混合变量生成函数在积分的每一步表示映射，确保了精确的辛性。通过使用适当的积分算法，没有必要进行傍轴近似。该技术的应用程序（在一个自由度）说明了一个四极磁铁与强大的八极组件和边缘场。
2012-06-28 physics.acc-ph
A New QF1 Magnet for ATF3
ATF 3的最终聚焦系统需要两个高场质量四极磁铁QF1FF和QD0FF。在本文中，我们专注于QF1FF磁铁的设计。提出的设计是一个永磁体四极（PMQ）的强度可调。替代的解决方案，如传统的电磁四极（EMQ）和混合四极（组合的永磁体和电磁铁）也提出和简要讨论。
2012-02-28 physics.acc-ph physics.ins-det
Quadrupole Magnet Design based on Genetic Multi-Objective Optimization
本文利用NSGA-III遗传算法对四极磁铁几何结构进行多目标优化，在保证孔径内高磁场质量的同时兼顾成本效益，并通过有限元模型与Pareto前沿分析识别最佳设计。
2023-11-03 cs.NE physics.acc-ph
Extension of the Measurement Capabilities of the Quadrupole Resonator
四极谐振器，设计用于测量超导样品的表面电阻在400兆赫已经翻新。采用独立的方法测试了其RF-DC补偿测量技术的准确性。它示出，该设备也可以在800和1200 MHz的测量，并能够探测的关键RF磁场。四极谐振器的电场和磁场配置取决于激励模式。它示出了如何可以用来区分电和磁损耗。
2012-04-04 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
Characterization and Tuning of Ultra High Gradient Permanent Magnet Quadrupoles
高场梯度和小孔径的四极器件的应用需要对高阶多极场分量进行精确控制。我们提出了一种新的方案，性能控制和调谐，它允许照明的大部分四极器件的孔径，因为高阶场分量的减少。因此，孔径的尺寸可以被最小化以匹配波束尺寸，从而在良好的成像质量下实现高达500 T/m的场梯度。基于霍尔探针测量和傅立叶分析的表征方法在美因茨微波加速器MAMI上使用高质量电子束进行了确认。
2009-05-05 physics.acc-ph physics.ins-det
Fringe field induced spin-OAM mixing of twisted electrons
Institute of Physics and Mechanics, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University（彼得大帝圣彼得堡理工大学物理与力学研究所）；School of Physics and Engineering, ITMO University（ITMO大学物理与工程学院）
研究扭曲电子在轴对称磁线圈进出口区域传播时的自旋效应，从狄拉克方程出发推导近轴旋量方程，用厄马克夫映射处理横向动力学，微扰处理横向泡利项，得出自旋-轨道角动量混合量化方法。
2026-07-07 physics.acc-ph physics.optics quant-ph
