Nonlinear response in high-field dielectric laser accelerators
激光供电的电介质结构通过利用能够产生超过10 GV/m的电场的现代激光技术来实现高梯度粒子加速。这些场可以驱动体电介质超出其线性响应，并打破加速场和电子之间的相位同步性。在实验中，用能量密度为0.7J/cm $^2$的45 fs激光脉冲照射光栅复位介质结构，用高亮度的8 MeV电子束探测1.8GV/m的加速场。
2017-07-07 physics.acc-ph
Accelerator-Feasible N-Body Nonlinear Integrable System
非线性N体可积Hamilton系统（其中N是任意数）在过去的几十年里吸引了数学物理学家的注意，随后发现了一些这样的系统。本文提出了一种新的可积系统，它可以在粒子加速器等设备上实现。这一特点使它比许多以前的奇异或非物理力的系统更有吸引力。
2014-05-09 nlin.SI physics.acc-ph
Nonlinear optics as a path to high-intensity circular machines
是什么阻止了我们建造超高强度加速器？答案是具体情况，但它通常指向以下现象之一：机器共振，各种调谐偏移（和传播）和不稳定性。这三种现象在所有现有的机器中是相互依存的。在本文中，我们提出了一种减轻这些现象的路径，使加速器非线性。这个想法并不新鲜：Orlov（1963）和McMillan（1967）已经提出了加速器非线性聚焦系统的初步想法。然而，直到最近，这些想法的实际实施才被证明是难以捉摸的。
2012-07-23 physics.acc-ph
1D Longitudinal Beam Dynamics of Laser Plasma Wakefield Accelerator
本文给出了激光驱动下等离子体静电尾流的一维近似解析解，得到了经高阶非线性项修正后的尾流振荡频率，发现尾流振荡频率依赖于尾流和激光的振荡振幅，这是一种普遍的非线性现象。最后分析了静电尾流中的纵向束流动力学，发现高阶项并没有改变纵向相空间的拓扑结构。
2011-03-27 physics.acc-ph
Two-Dimensional Nonlinear Regime in the Plasma Wakefield Accelerator
研究了非线性效应对相对论圆柱形带电聚束团激发等离子体尾波的影响。结果表明，由于非线性，尾波的振幅在纵向上得到调制。激发光场的非线性波长在横向上发生变化，导致相位波前畸变，产生湍流。非线性相位波前畸变可以通过未扰动等离子体密度的径向变化来补偿。
1999-04-08 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Achromatic optics using nonlinear plasma lenses for beam-quality preservation between plasma-accelerator stages
University of Oslo（奥斯陆大学）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑路德维希-马克西米利安大学）
本文提出一种紧凑的非色差晶格，利用非线性等离子体透镜在等离子体加速器阶段之间保持束质量，通过分析和数值模拟比较了该方案与传统方案的性能和限制。
2026-04-19 physics.acc-ph
Dynamical Effects Due to Fringe Field of the Magnet in Circular Accelerators
从哈密顿系统的矢势出发，导出了单多极子和螺线管硬边边缘场的主要Lie发生器，包括色效应。这些非线性发生器被应用到PEP-II的相互作用区域，以分析由于偏心四极杆和螺线管的反馈而引起的线性误差。研究了大幅度调谐漂移的非线性效应、半整数附近的同步电子感应加速器边带及其对动态孔径的影响。
2005-05-23 physics.acc-ph
Single-Particle Dynamics in a Nonlinear Accelerator Lattice: Attaining a Large Tune Spread with Octupoles in IOTA
费米实验室正在建造集成光学测试加速器（IOTA），作为加速器研发计划的核心，以实现高强度圆形机器。在目前的圆形加速器中，限制束流强度的因素之一是集体不稳定性，如果不稳定性足够慢，则可以通过朗道阻尼机制或外部阻尼器的电子感应加速器频率（调谐）的扩展来抑制集体不稳定性。扩散通常由八极磁体产生，八极磁体引入了对振幅的调谐依赖性，在某些情况下，通过色扩散（对粒子动量的调谐依赖性）。八极子的引入通常具有有益的（改进的朗道阻尼）和有害的性质，例如共振行为和动态孔径的减小。IOTA环的研究目标之一是在特殊但现实的加速器配置中使用传统的八极磁体，实现大的电子感应加速器调谐扩展，同时保持大的动态孔径。在本文中，我们提出的电子束在IOTA的粒子跟踪和频率图分析的计算机模拟结果。结果表明，环的八极磁铁可以配置为提供一个电子感应加速器调谐偏移0.08（粒子在大振幅）的动态孔径超过20束西格玛为150 MeV的电子束。同步加速器运动、晶格误差和磁体缺陷的影响对于由环的设计设定的公差的参数和水平而言是微不足道的。所描述的八极插入件可以有益于增强高强度机器中的朗道阻尼。
2017-03-28 physics.acc-ph
Reveal normal form structure for nonlinear map in accelerator beam physics with symplectic neural network
Ward Melville High School（沃德·梅维尔高中）；Michigan State University（密歇根州立大学）；Brookhaven National Lab（布鲁克海文国家实验室）
本研究利用辛神经网络学习非线性映射的正规形变换，在保持辛结构的同时实现长期跟踪，并在四维McMillan映射上验证了其精度与稳定性。
2026-10-06 physics.acc-ph
The Integrable Optics Test Accelerator
费米实验室加速器科学与技术（FAST）设施的可集成光学测试加速器（IOTA）正在开始运行，其实验计划旨在开发技术以实现未来的高强度粒子束。从IOTA获得的结果应该可以更好地控制光束损耗，从而获得更高的安全可实现的光束功率。这将是特别有用的未来加速器为基础的中微子实验。IOTA的两个研发工作，非线性可积光学和基于电子柱的空间电荷补偿，在这里讨论。
2019-03-14 physics.acc-ph
Nonlinear Accelerator Problems via Wavelets: 7. Invariant Calculations in Hamiltonian Problems
在这一系列的八篇论文中，我们提出了一些加速器物理问题的小波分析多项式逼近的方法的应用。本文考虑了半直接结构（相对论或动力学群）上的非线性（拉格朗日或哈密顿）动力学的不变公式和相应的不变计算。
1999-04-21 chao-dyn math-ph math.MP
Field calculations, single-particle tracking, and beam dynamics with space charge in the electron lens for the Fermilab Integrable Optics Test Accelerator
费米实验室可积光学测试加速器计划的电子透镜作为一个非线性元件的可积动力学，作为一个电子冷却器，并作为一个电子陷阱，研究环中的空间电荷补偿。介绍了非线性可积光学的主要设计原则和约束条件。一个磁配置的环形部分的磁通量和布局。单粒子跟踪被用来优化电子路径。高强度下的电子束动力学是用粒子单元代码来计算的，以估计电流极限、轮廓失真以及对循环束的影响。在结论中，我们总结了主要的研究结果，并列出了进一步工作的方向。
2015-11-14 physics.acc-ph
Nonlinear Accelerator Problems via Wavelets: 6. Representations and Quasiclassics via FWT
在这一系列的八篇论文中，我们提出了一些加速器物理问题的小波分析多项式逼近的方法的应用。在这一部分中，我们考虑FWT的应用到元表示（量子和混沌问题）和准经典。
1999-04-21 chao-dyn math-ph math.MP
Convergence in nonlinear laser wakefield accelerators modeling in a Lorentz-boosted frame
激光尾流场加速建模使用洛伦兹提升框架技术的粒子在细胞的代码已经证明了数量级的加速。收敛性研究以前进行的情况下，外部注入的线性政权和非线性政权没有注入，所获得的结果表明收敛的百分比水平。本文对2-1/2维组态中的电子自注入模型进行了收敛性研究。据观察，洛伦兹提升框架技术是能够建模复杂的粒子动力学与显着的加速。这一结果对于缩短未来高精度$10\,\mathrm{GeV}$激光尾场加速器级链建模的计算时间是至关重要的。
2018-03-05 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Nonlinear Inverse Compton Scattering from a Laser Wakefield Accelerator and Plasma Mirror
我们用250 MeV激光尾场电子加速器和等离子体反射镜通过逆反射未使用的驱动激光从加速的电子散射来产生线性和非线性机制的逆康普顿散射X射线。我们使用CsI（Tl）体素化闪烁体来表征X射线，该闪烁体测量它们的总能量和发散度作为从加速器出口到等离子体镜距离的函数。在每个等离子体镜位置处，这些X射线性质与驱动加速器之后的激光脉冲的测量的通量和推断的强度相关，以确定激光强度参数$a_0$。结果表明，ICS X射线产生在$a_0$范围从$0.3\pm0.1$到$1.65\pm0.25$，并超过共传播韧致辐射和电子感应加速器X射线的强度至少10倍，在整个$a_0$的范围。
2021-06-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Nonlinear Accelerator Problems via Wavelets: 8. Invariant Bases, Loops and KAM
在这一系列的八篇论文中，我们提出了一些加速器物理问题的小波分析多项式逼近的方法的应用。在这一部分中，我们考虑变分小波方法的循环，不变基的半直积，KAM计算通过FWT。
1999-04-21 chao-dyn math-ph math.MP
Electron nonlinear dynamics in a compact accelerator based on the circular rotating TM110 mode
研究了不均匀静磁场中旋转TM110模式微波场的电子自共振加速，通过建立微分方程并设计磁场分布，成功将30 keV电子加速至200 keV，为医疗和安检X射线源的射频加速器设计提供了理论依据。
2023-05-18 physics.acc-ph
Electron lenses and cooling for the Fermilab Integrable Optics Test Accelerator
近年来，对可积哈密顿系统的研究已经导致了具有一个或两个横向不变量和宽的稳定调谐扩展的非线性加速器晶格。这些晶格可以大大提高高强度机器的性能，提供朗道阻尼以保护梁免受不稳定性的影响，同时保持动态孔径。费米实验室正在建造可积光学测试加速器（IOTA），以研究150 MeV笔形电子束（单粒子动力学）和2.5 MeV质子（自场动力学）的这些概念。获得非线性可积晶格的一种方法是通过使用由与循环束重叠的磁约束电子束（电子透镜）产生的场。所需参数与现有设备的参数相似。此外，电子透镜将用于冷却模式，以控制质子束的亮度，并通过复合测量横向剖面。更一般地说，它是非常感兴趣的调查是否非线性可积光学允许电子冷却器超过由空间电荷激发的相干或非相干不稳定性的限制。
2015-11-05 physics.acc-ph
Ring for test of nonlinear integrable optics
非线性光学是一个很有前途的想法，有可能开辟道路，实现超高束流强度的圆形加速器。达到电子感应加速器调谐的50%的调谐扩展的创建将提供强的朗道阻尼，并使电子束不受不稳定性影响。最近的理论工作已经确定了一种可能的方式来实现稳定的非线性光学，将非线性聚焦元件纳入一个专门设计的机器晶格。在这份报告中，我们提出了一个测试加速器的原理验证实验的设计。我们讨论了在机器上可能的研究，对光学稳定性和对缺陷的敏感性的要求。
2012-02-24 physics.acc-ph
Nonlinear Accelerator Problems via Wavelets: 5. Maps and Discretization via Wavelets
在这一系列的八篇论文中，我们提出了一些加速器物理问题的小波分析多项式逼近的方法的应用。在这一部分中，我们考虑了离散小波分析技术在加速器物理中连续非线性多项式问题离散化所得到的映射中的应用。我们的主要观点是小波分析的推广，它可以适用于离散和连续的情况。我们给出了离散问题解的显式多分辨表示，这是我们对相应连续情形解的表示的正确离散化。
1999-04-21 chao-dyn math-ph math.MP
Successive approximations for charged particle motion
电子显微镜、离子或电子光刻仪器、粒子加速器和粒子光谱仪中的单粒子动力学是用弱非线性常微分方程描述的。因此，通常求解运动方程的线性部分，然后用迭代法依次求解非线性效应。当使用合适的计算方法时，这些方程的哈密顿性质可以导致通过光学设备的粒子输运的简化计算。H. Rose和他的小组由于程函方法的结构简单。在加速器物理学领域，程函法从未流行过。因此，在这里我将推广程函方法，并从加速器物理界非常熟悉的哈密顿量推导出它。随着高能极化电子束的出现和高能质子束的计划，自旋运动中的非线性效应在高能加速器中变得越来越重要。我将介绍一个逐次逼近的非线性效应耦合的自旋和轨道运动的带电粒子，类似于一些简化的纯轨道运动的程函方法。
2000-06-05 physics.acc-ph
Beam Physics of Integrable Optics Test Accelerator at Fermilab
费米实验室的积分光学测试加速器是一个电子储存环，旨在测试先进的加速器物理概念，包括实施非线性积分束流光学和光学随机冷却实验。该机器目前正在先进超导测试加速器设施中建造。在本报告中，我们介绍了该项目的目标和现状，并描述了机器设计的细节。特别是，我们专注于数值模拟设置的设计要求，并支持机器参数的选择。
2013-01-28 physics.acc-ph
Nonlinear equilibria and emittance growth in plasma wakefield accelerators with ion motion
等离子体尾场加速器可能会在未来的直线对撞机中以前所未有的加速梯度将粒子加速到高能，超过GeV/m范围。用于该应用的射束将具有极高的亮度，并且经受强烈的等离子体离子衍生的聚焦，它们将实现足够高的密度以诱导等离子体离子坍缩到射束体积中。这种不均匀的离子密度引起强非线性聚焦，这可能导致有害的束流发射度增长。最近已经通过粒子单元模拟研究了离子塌陷及其缓解的影响，其表明通过动态地将束与塌陷离子分布的聚焦相匹配，可以避免严重的发射度增长。我们扩展这项工作，探索近平衡态的束离子系统达到后，离子已经崩溃，观察到的发射度增长缓解产生的条件。我们表明，通过PIC模拟和分析理论，在这种情况下，双电子束离子贝内特型平衡分布接近。在这里，束和离子分布共享几乎相同的形状，这产生非线性横向电磁场。我们利用Bennett型模型研究光束相空间动力学和发射度增长的时间尺度远长于PIC模拟允许通过使用的二维辛跟踪代码与Monte Carlo散射的基础上莫里哀的小角度多次散射理论。我们发现，虽然相空间扩散由于等离子体的非均匀性的光束尺寸的参数激励是可以忽略不计的，从崩溃的离子的散射引起的线性对撞机的情况下，可管理的发射度增长。这些结果的影响，计划在FACET-II的实验进行检查。
2020-03-27 physics.acc-ph
Nonlinear Accelerator Problems via Wavelets: 4. Spin-Orbital Motion
在这一系列的八篇论文中，我们提出了一些加速器物理问题的小波分析多项式逼近的方法的应用。在这一部分中，我们考虑了自旋-轨道运动的模型：轨道动力学和经典自旋矢量的BMT方程。通过变分方法，我们在双正交小波的框架下表示该动力系统的解。我们考虑一个不同的变分方法，这是适用于每个规模。
1999-04-21 chao-dyn math-ph math.MP
Nonlinear Accelerator Problems via Wavelets: 3. Effects of Insertion Devices on Beam Dynamics
在这一系列的八篇论文中，我们提出了一些加速器物理问题的小波分析多项式逼近的方法的应用。在这一部分中，我们假定场为正弦变化，考虑了插入装置对束流动力学影响的解析处理。利用小波方法研究了一类具有多项式非线性和变系数的动力学模型。我们构造了相应的小波表示。作为例子，我们考虑摆动器和波荡器磁体。我们认为，我们的变分方法，可适用于每个规模的进一步修改。
1999-04-21 chao-dyn math-ph math.MP
Design of a nonlinear quasi-integrable lattice for resonance suppression at the University of Maryland Electron Ring
传统的粒子加速器使用线性聚焦力进行横向约束。作为线性的结果，加速环对无数的共振和不稳定性很敏感。在高射束强度下，不受控制的共振驱动损耗会使射束质量恶化，并导致射束线组件和周围区域的损坏或放射性激活。这是目前最先进的加速器中可实现的电流密度的主要限制。在机器设计中引入非线性聚焦力，可以通过粒子轨道与驱动项的非线性失谐来提供对共振的免疫力。目前正在研究用于加速器环的非线性可积束流光学理论。这样的系统具有克服可实现的光束强度的限制的潜力。本文提出了一个在马里兰大学电子环（UMER）实现准可积八极晶格的原理验证计划。UMER是一个加速器平台，支持高强度束流动力学的研究。在这篇论文中，提出了两种设计，不同的复杂性和强度的预测效果。预期具有单个相对长的八极磁体的配置比许多短的分布式八极的布置更稳定。本实验的准备工作需要开发和表征一个低强度的制度，以前没有在UMER运行。此外，所需的公差控制的第一和第二阶梁的时刻，在拟议的实验已被确定的基础上模拟的光束动力学。为了实现这些公差，一种新的方法，改进的轨道校正的发展。最后，讨论了线性UMER晶格中谐振驱动损耗的研究。
2018-08-29 physics.acc-ph
Nonlinear Accelerator Problems via Wavelets: 1. Orbital Motion in Storage Rings
在这一系列的八篇论文中，我们提出了一些加速器物理问题的小波分析多项式逼近的方法的应用。在这一部分中，根据变分方法，我们在相空间小波基的良好局部化的基础上，获得了储存环中轨道粒子运动的多分辨率（多尺度）展开表示。通过这种“小波显微镜”技术，我们可以考虑到每个尺度的分辨率的贡献。
1999-04-21 chao-dyn math-ph math.MP
Analytic formulas for the rapid evaluation of the orbit response matrix and chromatic functions from lattice parameters in circular accelerators
本文针对圆形加速器推导了基于格点参数评估轨道响应矩阵和色散函数的解析公式，通过扩展李代数与共振驱动项至偏离动量状态，大幅提升了数据分析速度，并在不同格点配置下验证了公式的鲁棒性。
2023-04-04 physics.acc-ph
Nonlinear Accelerator Problems via Wavelets: 2. Orbital Dynamics in General Multipolar Field
在这一系列的八篇论文中，我们提出了一些加速器物理问题的小波分析多项式逼近的方法的应用。在这一部分中，我们考虑的情况下，当我们考虑多极展开到任意有限的数量在一个圆形磁晶格中的单个粒子在横向平面的轨道运动。我们将初始动力学问题简化为有限个标准代数问题（等于n-极点的数目），并通过在周期小波基上展开来表示所有的动力学变量。
1999-04-21 chao-dyn math-ph math.MP
Nonlinear plasma wavelength scalings in a laser wakefield accelerator
激光尾流场加速依赖于强激光脉冲的有质动力对等离子体波的激发。然而，激光尾流中的等离子体波列却很少在实验中直接研究。在这里，我们使用几个周期的阴影与干涉测量相结合，以量化由激光激发的等离子体波的GeV级加速器的密度范围内，即几个1 e18 cm-3。虽然分析模型表明非线性等离子体波长和峰值电势a_0之间存在明显的依赖关系，但我们的研究表明，分析模型仅对驱动强度a_0<=1是准确的。实验数据和系统的粒子模拟表明，等离子体波列的非线性延长不仅取决于激光峰值强度，而且还取决于焦点的腰部。
2020-01-26 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Variational Approach in Wavelet Framework to Polynomial Approximations of Nonlinear Accelerator Problems
在本文中，我们提出了应用的方法，从小波分析多项式逼近的一些加速器物理问题。根据变分方法，在一般情况下，我们的解决方案作为一个多分辨率（多尺度）展开的基础上紧支撑小波基。我们将所得结果推广到周期轨道粒子运动和任意变系数的情形。然后我们考虑更灵活的变分方法，它是基于双正交小波方法。此外，我们考虑不同的变分方法，这是适用于每个规模。
1999-04-21 chao-dyn math-ph math.MP
Robust autoresonant excitation in the plasma beat-wave accelerator: a theoretical study
介绍并分析了一种改进的等离子体拍频波加速器方案，该方案基于非线性朗缪尔波通过绝热共振通道自共振锁相到驱动激光器的慢啁啾拍频。这种新方案的目的是克服一些众所周知的限制，以前的方法，即相对论失谐和非线性调制或其他非均匀性或非平稳性的驱动朗缪尔波振幅，和敏感性的频率失配，由于测量的不确定性和密度波动和不均匀性。
2004-03-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Geometry of Almost-Conserved Quantities in Symplectic Maps. Part III: Approximate Invariants in Nonlinear Accelerator Systems
Independent Researcher（独立研究者）；Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室）；Old Dominion University（老道明大学）；Elettra Sincrotrone Trieste（的里雅斯特电同步辐射中心）；Novosibirsk State Technical University（新西伯利亚国立技术大学）；University of Chicago（芝加哥大学）
本文提出一种扰动方法，用于从离散时间辛系统方程中直接构造近似守恒量，扩展了经典Courant-Snyder理论，适用于非线性加速器系统，展示了其在实际系统中的应用和优势。
2026-04-29 nlin.CD nlin.PS physics.acc-ph
Quasi-Integrable Nonlinear Optics Experiment at IOTA
在积分光学测试加速器，它可以创建一个非线性聚焦光学与一个不变量的运动使用只是传统的磁铁。6D模拟表明，这将允许实现0.05的调谐扩展，而不会显著减小动态孔径。
2015-02-05 physics.acc-ph
The Optimal Beam-loading in Two-bunch Nonlinear Plasma Wakefield Accelerators
由于束流加载的高度非线性性质，目前不可能解析地确定两束团等离子体尾场加速器中维持低能量扩散所需的束流参数。因此，本文采用Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno参数扫描算法和QuickPIC程序，结合多项式回归和k折交叉验证方法，得到了非线性等离子体尾流场加速器中基于束流加载效应的三高斯电子束能散最小化时束流参数的两个拟合计算公式。一个公式允许尾束的每单位长度的归一化电荷的优化，以实现最小的能量扩展，即最佳的束加载。另一个直接给出了当尾梁达到最佳梁加载时的Transformer比。由拟合公式得到了驱动束和拖尾束电荷的简单比例关系，表明当两束的长度、间距和等离子体密度一定时，对于给定的两束电荷比，总是可以获得最佳的束流加载。该公式还可用于在最佳束流加载条件下获得最大加速电荷和最大加速效率的最佳等离子体密度。这两个拟合公式将大大提高设计和优化双束团等离子体尾场加速级的效率。
2022-05-10 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Mechanical stability study for Integrable Optics Test Accelerator at Fermilab
可积光学测试加速器（IOTA）被提议在费米实验室运行。IOTA的目标是创建具有大频率扩展和稳定粒子运动的实用非线性加速器聚焦系统。IOTA是一个周长为40米、能量为150 MeV（e-）、2.5 MeV（p+）的诊断测试环。一个沉重的低频钢地板梁被提议作为IOTA设备组件支撑的主要层。两种设计长度：（8）3.96 m和（2）3.1 m长的梁，具有相同的截面，完全包围环。本研究的重点是3.96米长的梁和工作原型的发展。静压液位传感器（HLS）、温度、计量和快速运动测量表征了IOTA环的预期机械稳定性。
2016-07-01 physics.acc-ph
On Quantum Integrable Systems
许多量子可积系统是使用加速器物理技术获得的，称为Ermakov（或归一化变量）变换。这种技术被用来创建经典的非线性可积晶格的加速器和非线性可积等离子体陷阱。现在，所有的经典结果都转移到非相对论量子情形。
2012-05-02 physics.acc-ph quant-ph
Acceleration and Focusing Electron/Positron Bunches in Plasma-Dielectric Wakefield Accelerator
针对介质尾场加速器的BBU不稳定性问题，提出带真空通道的等离子体填充方案，通过解析与数值模拟验证了体等离子体本征波对束团横向运动的稳定作用及结构的加速性能。
2024-10-31 physics.acc-ph
Analytic model of stable shock-like structures in laser interaction with underdense plasma for identifying of phase and polarization dependent regime of laser wakefield accelerators
本文建立了解析模型和数值方法，用于描述超强激光在低密度等离子体中形成的稳定激波状结构，并据此快速识别载波包络相位效应显著、相位与偏振依赖的超有质动力机制，以加速激光尾波场加速器的设计。
2024-10-23 physics.acc-ph physics.app-ph physics.plasm-ph
Emittance Growth by Beam-Gas Scattering in Single Pass Accelerator
为了确保第四代光源的适当SASE激光发射，目标之一是产生小发射度的电子束并将其保存直到其用于机器波荡器中。不可恢复发射度增加的原因之一是电子束在传输过程中与残余气体的碰撞。在前人工作的基础上，我们导出了一个有用的表达式，发射度增加的任何能量的电子和交叉检查其有效性的能量超过100兆电子伏的分析公式。
2014-05-05 physics.acc-ph
Eddy currents in accelerator magnets
本文介绍了加速器磁场中的主要涡流效应--磁场修正（时间延迟和磁场质量）和电阻性功率损耗。在第一部分中，从麦克斯韦方程组，一个基本的理解的过程，并解释了简单的几何形状和时间行为的例子。有用的公式推导出的影响的大小的分析估计。在第二部分中的实际磁铁的影响进行了分析和描述的数值和测量结果的比较。最后，在前几部分的基础上，给出了如何减小涡流效应的设计建议。
2011-03-09 physics.acc-ph
Nonlinear Dynamics of Accelerator via Wavelet Approach
在本文中，我们提出了应用的方法，从小波分析多项式逼近的一些加速器物理问题。在一般情况下，我们的解决方案作为一个多分辨率展开的基础上的紧支撑小波基。该解决方案是参数化的两个简化的代数问题的解决方案，一个是非线性的，第二个是一些线性的问题，这是从下一个小波构造之一：快速小波变换，平稳细分方案，连接系数的方法。根据轨道方法，利用几何量子化理论的构造方法，利用亚辛结构构造了广义小波的辛结构和Poisson结构。我们考虑小波方法的Melnikov函数的计算同宿混沌理论在扰动哈密顿系统和参数化的Arnold-Weinstein曲线的Floer变分方法。
1997-10-24 chao-dyn math-ph math.MP
Intrinsic energy spread and bunch length growth in plasma-based accelerators due to betatron motion
基于等离子体的加速器已经证明可以在厘米尺度上产生GeV电子束，为新一代高度紧凑和具有成本效益的粒子加速器提供了一条道路。然而，实现所需的光束质量，特别是对于诸如自由电子激光的应用的能量扩展，仍然是一个挑战。在这里，我们调查的基本来源的能量扩散和聚束长度的PBAs所产生的电子感应加速器运动的束电子。我们提出了一个分析理论，验证粒子在细胞模拟，准确地描述了这些现象。对光束质量的显着影响，预测某些配置，解释以前观察到的限制，可实现的聚束长度和能量扩散。减轻这些贡献对高质量的光束的准则推导。
2019-12-20 physics.acc-ph
Challenges and opportunities of srf theory for next generation particle accelerators
我们提出一个利用现代非平衡超导理论建立强电磁场下超高频腔理论性能极限的方案。这些理论将用于计算srf腔的主要性能参数：品质因数Q及其对场幅度、温度和频率的依赖性，这将允许我们理解SRF腔性能可以从现有技术的当前状态推进多远。假定品质因数由在非常不同的长度尺度上操作的多个机制确定，我们将解决非线性表面电阻、腔中捕获的涡流的RF损耗、材料缺陷和表面形貌的影响以及通过表面纳米结构化、杂质管理和多层来提高SRF性能的机会的相互关联的问题。为了提高下一代粒子加速器的性能，我们提出了以下的理论研究方向：1。建立强射频场作用下非平衡超导体的Q极限、非线性表面电阻和剩余电阻机制。2.建立超高频击穿场极限、动态过热场及其与频率、温度和杂质浓度的关系。3.超高频腔中强射频迈斯纳电流驱动的超快涡旋的俘获涡旋和极端动力学引起的损耗。4.腔体表面纳米结构、多层膜和杂质管理优化超临界流体性能。
2022-03-15 physics.acc-ph
Demonstration of nonlinear-energy-spread compensation in relativistic electron bunches with corrugated structures
具有能量和电流平坦分布的高质量电子束对于许多基于加速器的科学设备（例如自由电子激光和MeV超快电子衍射和显微镜）是至关重要的。在这封信中，我们报告使用波纹结构，以补偿由射频场的曲率压印的光束非线性能量啁啾，导致光束能量扩散显着减少。通过使用一对具有正交取向的波纹结构，我们表明，四极尾场，否则增加束流发射度可以有效地取消。这项工作还将波纹结构的应用扩展到低束流电荷（几pC）和低束流能量（几MeV）制度，并可能在许多基于加速器的设施中产生强烈的影响。
2015-03-24 physics.acc-ph
Nonexistence of Integrable Nonlinear Magnetic Fields with Invariants Quadratic in Momenta
本文证明在严格满足麦克斯韦方程且不作近似时，不存在具有动量二次不变量的非线性完全可积磁场，从而无法直接推广Courant-Snyder理论，并猜想更高次不变量情形同样不存在，同时发现了一个新的大型可积哈密顿量族。
2024-07-04 physics.acc-ph
Analytical expressions for fringe fields in multipole magnets
多极磁体中的边缘场会对沿加速器束线运动的粒子的线性和非线性动力学产生各种影响。加速器的精确模型必须包括磁边缘场的真实模型。偶极子的边缘场是很好理解的，并且可以在加速器设计的早期阶段在诸如MAD 8、MADX或ELEGANT的代码中建模。然而，通常直到设计项目的最后阶段，才有可能为四极或更高阶多极子建模边缘场。即使这样，现有的技术依赖于使用数值场图，这通常是不可用的，直到磁铁设计是很好的发展。存在全场图的替代物，但这些替代物通常基于关于原点的展开，并且严重依赖于光束在整个光束线上或多或少地沿轴行进的假设。在某些类型的机器中（例如，EMMA这样的非缩放FFAG），这不是一个好的假设。本文提出了一种基于解析表达式计算边缘场的方法，它允许在加速器设计项目开始时就考虑边缘场效应。静磁麦克斯韦方程组解析求解和解决方案，适用于所有阶的多极推导。四极边缘场被认为是详细的，因为这些是那些给最强的效果。文中给出了两个四极边缘场的例子。第一个例子是LHC内三重态中的磁铁，它由一组四极组成，在相互作用点之前为光束提供最终聚焦。EMMA中的四极子提供了第二个例子。在这两个例子中，本文推导出的四极边缘场的解析表达式提供了一个很好的近似从数值磁体建模代码获得的场图。
2014-10-15 physics.acc-ph
Symmetry, Hamiltonian Problems and Wavelets in Accelerator Physics
在本文中，我们考虑应用小波分析方法的非线性动力学问题有关的加速器物理。在我们的方法中，我们考虑到相应的问题的基本代数，几何和拓扑结构。
1999-04-21 chao-dyn math-ph math.MP
Plasma Wakefield Accelerators with Ion Motion and the E-314 Experiment at FACET-II
未来的等离子体直线对撞机有可能达到前所未有的能量，并改变我们对高能物理的理解。在这样的装置中，极密集的射束会导致等离子体离子向轴方向下落。对于更温和的离子运动，这将非线性扰动引入到气泡内部的聚焦场。然而，对于极端离子运动，离子分布崩溃到准平衡，其特征在于在轴上产生强的非线性聚焦场的极端密度的细丝。这些场可引起不可接受的发射度增长，可通过仔细的束匹配来减小发射度增长。在本文中，我们讨论了丰富的物理离子运动，简要概述了计划在FACET-II的E-314实验，将实验证明离子运动等离子体加速器，并提出了粒子在细胞中模拟离子运动的结果相关的E-314实验。
2021-06-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
On Quantum Integrable Systems
许多量子可积系统是使用加速器物理技术获得的，称为Ermakov（或归一化变量）变换。这种技术被用来创建经典的非线性可积晶格的加速器和非线性可积等离子体陷阱。现在，所有的经典结果都转移到非相对论量子情形。
2013-01-31 math-ph math.MP physics.acc-ph
Optimization of transformer ratio and beam loading in a plasma wakefield accelerator with a structure-exploiting algorithm
本文提出一种利用结构利用算法优化等离子体尾场加速器中驱动束和尾随束电流分布的方法，以在非线性状态下实现高加速效率、低能量散布和低发射度，并获得比传统线性理论更高的变压器比。
2023-01-23 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Magnetic control of particle-injection in plasma based accelerators
利用一个外部横向磁场来触发和控制激光和粒子束驱动尾场加速器中的电子自注入，通过分析和全尺寸粒子模拟来研究。磁场可以放宽注入阈值，并且可以用于控制与等离子体吹出相关联的离子通道中的主要输出束特征，例如电荷、能量和横向动力学。结果表明，这种机制可以研究使用国家的最先进的磁场在下一代等离子体加速器实验。
2011-07-25 physics.acc-ph physics.plasm-ph
McMillan map and nonlinear Twiss parameters
在这篇文章中，我们考虑了两个动力系统：最初由Edwin McMillan引入的McMillan六极和八极可积映射;第二个也被称为规范McMillan映射。它们都是最简单的对称McMillan映射，只有一个内参数，即雅可比矩阵在不动点处的迹。虽然这些动力系统有许多应用，并在数学和物理的许多领域中使用，但它们的一些动力学性质尚未被描述。我们完成的差距，并提供完整的描述，所有稳定的轨迹，包括参数化的不变曲线，Pioncaré旋转数和规范的作用角变量。第二部分将这些映射与McMillan-Turaev形式的一般混沌映射联系起来。我们证明了McMillan六极和八极映射是围绕不动点的动力学的一阶近似，类似于线性映射和二次不变量（加速器物理学中的Courant-Snyder不变量）是零阶近似（称为线性化）。最后，我们提出了新的形式主义的非线性Twiss参数，其中包括作为振幅的函数的旋转数的依赖性，相反，例如，在加速器物理学中使用的感应加速器相位提前是独立的振幅。特别是在加速器物理应用中，这种新的形式主义是能够预测的动态孔径周围的第1，第2，第3和第4阶共振的平束，这是至关重要的束注入/提取。
2022-04-27 nlin.SI physics.acc-ph
The ion motion in self-modulated plasma wakefield accelerators
研究了自调制等离子体加速器中等离子体离子运动的影响。一个分析模型描述离子运动在窄束限制的发展，并通过多维粒子模拟确认。结果表明，离子运动可以导致自调制不稳定性的早期饱和，并抑制加速梯度。这可以减少可以转化为加速粒子的动能的总能量。对于未来质子驱动等离子体加速器实验的参数，离子动力学会产生很大的影响。可能的方法，以减轻在未来的实验中的离子运动的影响进行了论证。
2012-08-15 physics.acc-ph physics.plasm-ph
