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
Design Considerations for Proposed Fermilab Integrable RCS
可积光学是粒子加速器设计中的一项创新，它在避免参量共振的同时提供强非线性聚焦。可积光学的一个很有前途的应用是克服由电子感应加速器调谐扩展和集体不稳定性对加速器强度的传统限制。高强度可积分加速器的效率将在未来几年内在费米实验室可积分光学测试加速器（IOTA）和马里兰大学电子环（UMER）进行全面测试。我们提出了一个可集成的快速循环同步加速器（iRCS）作为费米实验室助推器的替代品，以实现费米实验室高能中微子计划的多兆瓦束流功率。我们提供了一个概述的机器参数，并讨论了一种方法，晶格优化。可积光学需要具有整数π相位超前的弧，然后是具有匹配的β函数的漂移。我们提供了一个例子可积晶格的功能，现代RCS -长色散自由漂移，低动量压缩，超周期性，色度校正，分离功能的磁铁，和有界β函数。
2017-03-02 physics.acc-ph
Design and Simulation of IOTA - a Novel Concept of Integrable Optics Test Accelerator
由于改进的朗道阻尼，使用具有大的电子感应加速器调谐扩展的非线性晶格可以增加不稳定性和空间电荷阈值。不幸的是，大多数非线性加速器晶格是不可积的，产生混沌运动和稳定和不稳定共振的复杂网络。最近在寻找可积的非线性加速器晶格的进展导致了一项建议，即在费米实验室建造一个具有强非线性聚焦的测试加速器，以避免共振和混沌粒子运动。本报告将概述费米实验室正在进行的可积光学测试加速器的主要挑战、理论设计解决方案和建设现状。
2013-01-29 physics.acc-ph
Improved Measurements of Nonlinear Integrable Optics Invariants at IOTA
本研究在IOTA加速器中通过提升束流能量至150 MeV并改进光学控制与色差校正，实现了对非线性积分光学不变量的改进测量，验证了该技术提升高强度束流稳定性的有效性。
2023-05-23 physics.acc-ph
Notes on the design of experiments and beam diagnostics with synchrotron light detected by a gated photomultiplier for the Fermilab superconducting electron linac and for the Integrable Optics Test Accelerator (IOTA)
我们概述了在费米实验室加速器科学与技术（FAST）设施和集成光学测试加速器（IOTA）的电子直线加速器的束流实验的设计，基于同步光发射的电子在弯曲偶极子，检测与门控微通道板光电倍增管（MCP-PMT）。该系统既可用于射束诊断（例如，具有全动态范围的光束强度、逐圈光束振动等）以及用于科学实验，例如直接观察储存环中单个电子发射的辐射的时间结构。在电子直线加速器的下游端和IOTA环中的光子脉冲和光谱之间的相似性允许在直线加速器的调试期间测试装置。
2017-11-08 physics.acc-ph
IOTA (Integrable Optics Test Accelerator): Facility and Experimental Beam Physics Program
可积光学测试加速器（IOTA）是目前正在费米实验室建造和调试的用于先进束流物理研究的存储环。它将分别使用动量为70和150 MeV/c的注入器以质子和电子运行。该研究计划包括基于特殊磁体和电子透镜的非线性聚焦可积光束晶格的研究，空间电荷效应的光束动力学及其补偿，光学随机冷却以及其他几个实验。在这篇文章中，我们介绍了该设施的设计和主要参数，概述了迄今为止的进展情况，并提供了建设、调试和研究的时间轴。文中还讨论了主要IOTA实验的物理原理、设计和硬件实现方案。
2016-12-19 physics.acc-ph
Stripline kicker for integrable optics test accelerator
提出了一种用于集成光学测试加速器（IOTA）的带状线冲击器的设计方案。IOTA的实验项目需要两个全孔径踢球器，能够在2D中创建任意可控踢球。由于这个原因，它们的强度在高达16 mrad的宽幅度范围内是可变的，并且100 ns的脉冲长度小于电子的旋转周期。此外，反冲器应该具有40 mm的物理孔径以用于质子束的拟议操作，并且外部尺寸为70 mm以适合现有的四极磁体内部以节省环中的空间。使用CST Microwave Studio的计算机模拟显示出高的场均匀性和接近50 Ω的波阻抗。
2016-06-30 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
Experimental 3-dimensional tracking of the dynamics of a single electron in the Fermilab Integrable Optics Test Accelerator (IOTA)
本文介绍了IOTA储存环单电子横向和纵向动力学的实验研究结果。IOTA是一台灵活的机器，专门用于电子和质子的束物理实验。开发了一种方法来可靠地注入和循环环中的电子数量控制。一个关键的光束诊断系统是一套灵敏的高分辨率数码相机，用于检测电子发出的同步加速器光。在机器中有60-130个电子的情况下，我们测量了束流寿命并导出了光学系统的绝对校准。在曝光时间为0.5秒时，相机对单个电子敏感。相机图像被用来重建一个单一的电子在所有3个自由度的振荡幅度的时间演化。振幅的演变直接显示了同步辐射阻尼、量子激发和与残余气体的散射之间的相互作用。从测得的单电子振荡振幅的分布，我们推导出的横向发射度，动量扩散，阻尼时间，和光束能量。残余气体的密度和组成的估计计算从测量的垂直散射角的分布。结合散射和寿命数据，我们还提供了一个估计的环的孔径。据我们所知，这是第一次在储存环中用数码相机在所有三个维度上跟踪单个电子的动力学。
2021-10-01 physics.acc-ph
Symplectic Particle Tracking in a Thick Nonlinear McMillan Lens for the Fermilab Integrable Optics Test Accelerator (IOTA)
由于系统的可积性，McMillan系统是一种在不减小光束动态孔径的情况下增加光束调谐扩展的新方法。虽然理想的系统是基于一个无限薄的踢，物理设计需要一个厚的电子透镜，包括螺线管。由于循环光束上的力的性质，通过透镜的粒子传输很难模拟。本文用吉田方法导出的辛积分器精确模拟了螺线管中的厚麦克米兰透镜。
2022-09-01 physics.acc-ph
Proton Dynamics Scenarios in the Integrable Optics Test Accelerator (IOTA) at Fermilab
Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）
本文研究IOTA中2.5 MeV质子束在两种裸露晶格配置下的参数和动态，探讨非线性可积光学和电子冷却的应用，分析束流强度对横向发散率增长的影响。
2026-04-02 physics.acc-ph
Complex Representation of Potentials and Fields for the Nonlinear Magnetic Insert of the Integrable Optics Test Accelerator
可积光学测试加速器（IOTA）的非线性磁性插入件的矢量势的另一种表示法，首先在第2节中描述。V.A. Danilov和Nagaitsev的论文中，使用标准复变量方法从第一原理确定。特别地，证明了由二维Laplace方程和Bertrand-Darboux方程组成的耦合系统等价于复平面上的一个常微分方程，并构造了一个简单的解.结果与Danilov和Nagaitsev的论文一致，这种简洁的表示通过非线性插入提供了粒子跟踪的计算优势，避免了计算中平面附近矢量势的横向导数时出现的小的修正因子所引起的数值误差。一个类似的表示提供了两个运动不变量的空间依赖性。
2019-07-31 physics.acc-ph
Quasi-integrable optics for a small electron recirculator
本文介绍了马里兰大学电子环（UMER）的概念验证准可积八极晶格的设计和模拟。该实验测试了非线性可积光学的可行性，这是一种新技术，有望减轻谐振光束损耗，并实现环中低损耗高强度光束传输。提出了由非线性聚焦元件创建的具有大幅度依赖性调谐扩展的可积晶格，以阻尼对共振驱动扰动的光束响应，同时保持大的动态孔径[Danilov和Nagaitsev PRSTAB 2010]。在UMER，设计了一个带有单个八极插入的晶格来测试这个理论的预测。计划中的实验采用了低电流高发射度光束与低空间电荷调谐位移（~0.005），以探测大的外部诱导调谐扩展的晶格的动态。设计研究表明，由25 cm八极插入物和现有UMER光学器件组成的晶格可以诱导\sim 0.13的调谐扩展。在PIC模拟中，在空间电荷调谐扩展0.008处观察到多匝的稳定输运。对于中等八极强度（峰值50 T/m^3），观察到最大扩展dnu = 0.11（RMS 0.015）。该系统的简化模型探讨了光束对转向和聚焦误差的敏感性。结果表明，在插入区域内将眼眶变形控制在<0.2mm是必要的。然而，我们只看到弱依赖于晶格相位提前的偏差（<=0.1 rad）。从不变量守恒的条件。
2018-11-15 physics.acc-ph
Physics of the enhanced optical cooling of particle beams in storage rings
讨论了储存环中粒子束增强光学冷却的物理机制、冷却的非线性特性以及对储存环晶格、光学和激光系统的要求
2005-09-23 physics.acc-ph
Test of Optical Stochastic Cooling in the IOTA Ring
费米实验室正在建造一个新的150 MeV电子储存环。新机器的建造追求两个目标：高度非线性可积光学的测试和光学随机冷却的测试。本文详细讨论了采用高掺杂钛蓝宝石晶体作为放大介质的光放大器原型的OSC布置、冷却方案主要参数的选择以及即将进行的实验测试。
2014-09-18 physics.acc-ph
Enhanced optical cooling of particle beams in storage rings
本文讨论了储存环中粒子束的增强光学冷却（EOC）问题。
2005-04-21 physics.acc-ph
Electrostatic Bender Fields, Optics, Aberrations, with Application to the Proton EDM Ring
静电弯曲光学导出到二阶（三阶领域和哈密顿量），并适用于拟议的EDM质子环。线性光学的结果与V.列别捷夫（11月\ 18，2013）。二阶光学对边缘场的形状不敏感，并给出了计算公式。结果表明，所提出的电极形状，线性化的垂直电场是没有优势，这个顺序。
2015-08-01 physics.acc-ph
Integrable RCS as a proposed replacement for Fermilab Booster
可积光学是粒子加速器设计中的一项创新，它有可能实现更大的电子感应加速器调谐扩展并抑制集体不稳定性。可集成的快速循环同步加速器（RCS）将是费米实验室助推器的有效替代品，作为费米实验室高能中微子计划在120 GeV达到多MW光束功率计划的一部分。我们提供了一个例子可积晶格与现代RCS的功能-色散自由漂移，低动量压缩因子，超周期性，色度校正，有界β函数，和分离功能的磁铁。
2017-03-02 physics.acc-ph
Chromatic and Dispersive Effects in Nonlinear Integrable Optics
质子储存环和其他圆形强子加速器容易受到强度驱动的参数不稳定性，因为零电流带电粒子动力学的特点是由一个单一的调谐。朗道阻尼可以抑制这些不稳定性，这需要在梁中分散能量或引入非线性磁体，如八极子。然而，这种方法减小了动态孔径。非线性可积光学可以抑制参量不稳定性，而不依赖于分布中的能量扩散，同时保持动态孔径。这种新颖的方法有望减少粒子损失，并使光束强度的数量级增加。在本文中，我们提出的结果，使用李算子形式主义，色度和色散如何影响粒子轨道在可积光学。我们的结论是，色度一般打破可积性，除非垂直和水平的色度是相等的。因此，色度校正磁体可以更弱，并且需要更少的校正磁体系列，从而最小化对动态孔径的影响。
2015-05-18 nlin.SI physics.acc-ph
Simultaneous linear optics and coupling correction for storage rings with turn-by-turn beam position monitor data
提出了一种利用逐圈束流位置监测器（BPM）数据同时校正储存环线性光学误差和线性耦合的方法。独立分量分析（ICA）方法被用来从测量的TbT BPM数据中分离出电子感应加速器的正常模式。然后提取出简正模在水平面和垂直平面上投影的感应加速器振幅和相位超前，结合色散测量，拟合出晶格模型。拟合结果用于晶格校正。该方法已在NSLS-II储存环上得到成功验证。
2015-11-08 physics.acc-ph
Stability of non-linear integrable accelerator
对非线性积分光学测试加速器（IOTA）模型的稳定性进行了检验。横向坐标中的稳定区域的面积和最大可达到的调谐扩展被发现作为非线性透镜强度的函数。分析了作为圈数的函数的颗粒损失，以确定系统中是否存在动态孔径限制。该系统还进行了测试与六极包括在机器中的色度补偿。提出了一种评价加速器直线段束流尺寸的方法。
2012-05-07 physics.acc-ph
Experimental Demonstration of a Two-Dimensional Nonlinear Integrable System in a Particle Accelerator
Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）；Consortium for Advanced Science and Technology (CASE), University of Chicago（芝加哥大学先进科学技术联盟）；Michigan State University（密歇根州立大学）；Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室）；Northern Illinois University（北伊利诺伊大学）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
在费米实验室可积光学测试加速器上，通过插入特殊非线性磁体实现二维非线性可积系统，测量电子束相关参数表征系统，结果与理论相符，还观察到分岔，此研究为粒子加速器设计和粒子束稳定开辟新途径。
2026-07-27 physics.acc-ph
Characterization of Octuopole Elements for IOTA
可积光学测试加速器（英语：Integrable Optics Test Accelerator，IOTA）是一个在费米实验室建造和运行的研究储存环，用来展示非线性可积晶格的优点。其中一个具有一个运动积分的非线性晶格结构是基于一串短八极子。个别磁铁表征，这是必要的，以确定其多极组成和磁中心的结果，提出。该信息用于选择和对齐IOTA运行4的最佳八极子子集。
2022-08-29 physics.acc-ph
Proposal for an Enhanced Optical Cooling System Test in an Electron Storage Ring
我们建议在电子储存环中实验测试增强光学冷却（EOC）的新想法。这项实验将证实束流物理学中新的基本过程，并将展示这种冷却技术的新的独特可能性。它将开启EOC在核物理、基本粒子物理和基于高亮度电子和离子束的光源（LS）中的重要应用。
2007-05-16 physics.acc-ph
Construction of approximate invariants for non-integrable Hamiltonian systems
Brookhaven National Laboratory（布鲁海文国家实验室）；Michigan State University（密歇根州立大学）
本文提出了一种构建非可积哈密顿系统高阶多项式近似不变量的方法，并通过加速器中的控制手段来扩大长期运动的稳定区域。
2025-07-02 nlin.CD physics.acc-ph
Enhanced Optical Cooling of Particle Beams in Storage Rings
讨论了一种基于储存环中粒子与其放大波荡器辐射子波（URW）之间的非线性选择性相互作用的增强光学冷却（EOC）方法。它导致非指数快速阻尼。选择性由位于光学系统的像平面上的移动屏幕布置，该光学系统将URW投影在那里。
2007-09-21 physics.acc-ph physics.class-ph
