Beam halo dynamics and control with hollow electron beams
G. Stancari, G. Annala, A. Didenko, T. R. Johnson, I. A. Morozov, V. Previtali, G. Saewert, V. Shiltsev, D. Still, A. Valishev, L. G. Vorobiev, D. Shatilov, R. W. Assmann, R. Bruce, S. Redaelli, A. Rossi, B. Salvachua Ferrando, G. Valentino
本文综述了准直器扫描束晕扩散动力学的实验测量。本文讨论了用空心电子束准直器控制晕的概念，在Tevatron上的演示，以及它在LHC上的可能应用。
Experimental measurements of beam halo diffusion dynamics with collimator scans are reviewed. The concept of halo control with a hollow electron beam collimator, its demonstration at the Tevatron, and its possible applications at the LHC are discussed.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
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Conceptual design of hollow electron lenses for beam halo control in the Large Hadron Collider
空心电子束准直是一种控制强流强子束晕的技术。它基于由强轴向磁场引导的电子束（可能是脉冲的或强度调制的），该磁场在环的短部分中与循环束重叠。这个概念在费米实验室的Tevatron对撞机上进行了实验测试，使用了一个安装在Tevatron电子透镜中的空心电子枪。在美国LHC加速器研究计划（LARP）和欧洲FP7 HiLumi LHC设计研究中，我们提出了将这种技术应用于CERN大型强子对撞机的概念设计。一个原型空心电子枪的大型强子对撞机建造和测试。空心电子束准直器的预期性能是基于Tevatron实验和数值跟踪模拟。晕去除率和增强晕扩散率估计作为一个函数的光束和晶格参数。检查质子束芯寿命和发射度增长率，以确保抑制不希望的影响。硬件规格基于Tevatron设备和LHC机器中的初步工程集成研究。还概述了所需的资源和可能的时间轴，并简要讨论了替代性的光晕去除方案和电子透镜的其他可能用途，以提高LHC的性能。
Hollow Electron Beam Collimator: R&D Status Report
磁约束空心电子束的控制晕消除在高能对撞机，如Tevatron或LHC可能会扩展传统的准直系统超出可容忍的材料损伤所施加的强度限制。它们还可以通过抑制由于光束抖动引起的损耗尖峰和通过增加捕获效率来改善准直性能。设计并制造了一种空心电子枪。它的性能和稳定性在费米实验室测试台上进行了测量。该枪将安装在现有的Tevatron电子透镜中，用于空心束准直器概念的初步测试，解决重叠质子和电子束的对准和不稳定性等关键问题。
Development of hollow electron beams for proton and ion collimation
磁约束空心电子束的控制晕消除在高能对撞机，如Tevatron或LHC可能会扩展传统的准直系统超出可容忍的材料损伤所施加的强度限制。它们还可以通过抑制由于光束抖动引起的损耗尖峰和通过增加捕获效率来改善准直性能。设计并制造了一种空心电子枪。它的性能和稳定性在费米实验室测试台上进行了测量。该枪将安装在现有的Tevatron电子透镜中，用于空心束准直器概念的初步测试，解决重叠质子和电子束的对准和不稳定性等关键问题。
Collimation with hollow electron beams
提出了一种新的控制强流高能束晕在储存环和对撞机中的消除概念。它是基于循环束的相互作用与5千电子伏，磁约束，脉冲空心电子束在一个2米长的部分环。电子包围循环束流，横向踢晕粒子并使束流核心不受干扰。通过充当可调谐扩散增强器而不是硬孔径限制，中空电子束准直器将常规准直系统扩展到超出由可容忍损耗施加的强度限制。这个概念在费米实验室的Tevatron质子-反质子对撞机上进行了实验测试。本文介绍了980-GeV反质子准直的初步结果。
The Side-Effects of the Space Charge Field Introduced by Hollow Electron Beam in the Electron Cooler of CSRm
电子冷却器用于提高同步加速器中的束流质量，但它也引入了非线性电磁场，这会引起调谐漂移、调谐扩展，并可能驱动共振，导致束流损失。本文研究了空心电子注的非线性电磁场引起的频移和频散，分析了非线性电磁场的共振驱动项。并与固体电子束进行了比较。使用表1中给出的参数，对储存在CSRm中的能量为1.272 MeV的$^{238}U^{32+}$离子进行了计算。结果表明，在这种情况下，空心电子束产生的非线性场不会导致严重的共振。
Effect of pulsed hollow electron-lens operation on the proton beam core in LHC
空心电子束准直是目前HL-LHC中最有前途的晕主动控制方案之一。为了进一步增加扩散速率以实现例如在挤压之前所期望的快速晕圈去除，电子透镜（e-透镜）可以以脉冲模式操作。在电子束中的轮廓缺陷的情况下，e-透镜的脉冲在质子束上引起噪声，这可以根据频率内容和强度导致发射度增长。为了研究对脉冲模式和振幅的敏感性，已提议在2016年8月在LHC进行束流研究（机器开发MD），我们在本说明中介绍了预备模拟和估计。
Resonant and random excitations on the proton beam in the Large Hadron Collider for active halo control with pulsed hollow electron lenses
我们介绍了大型强子对撞机（LHC）中共振和随机激发对质子损失、发射度和束流分布影响的数值模拟和实验研究结果。除了阐明复杂的非线性效应，这些研究被应用到空心电子透镜（HEL）的设计主动束晕控制。在高亮度大型强子对撞机（HL-LHC）中，大量的能量将储存在束尾中。为了控制和清洁束晕，正在考虑安装两个中空电子透镜，每个束一个。在标准的电子透镜操作中，质子束在每一次旋转中都看到相同的电子流。脉冲电子束操作（即，对于不同匝的不同电流），因为它可以加宽可实现的晕圈去除速率的范围。对于轴对称电子束，只有晕中的质子被激发。如果在束芯的位置存在剩余场，则这些粒子暴露于与时间相关的横向反冲和噪声。我们讨论了2016年和2017年在LHC中注入能量的数值模拟和实验。激励模式由横向反馈和阻尼系统产生，该系统充当偶极子反冲的柔性源。质子束的损失，发射度和横向分布被记录为激发模式和强度的函数。共振激发引起丰富的动力学效应和非平凡的变化的光束分布，这是据我们所知，以前没有被观察到，并在此详细研究。最后，我们讨论了可容忍的和可实现的剩余领域和进一步研究的建议。
Evolution of ultra-relativistic hollow-electron-beam wakefield drivers during their propagation in plasmas
超相对论空心电子束可以驱动等离子体尾场（$\sim$ GV/m），用于正电子加速。空心电子束在等离子体中长距离稳定传输是利用等离子体尾场将正电子加速到高能所必需的。在这项工作中，我们表明准静态动力学模拟使用代码WAKE的超相对论方位角对称的空心电子束在等离子体中传播的发展鱼骨状结构和移动其体积，差分沿其长度（后部最快），向其轴由于电子束电子的电子感应加速器的时间周期从束前到束后的减少。小半径空心电子束在到达轴向的电子产生的二次尾场的引力作用下坍缩到轴向。然而，具有足够大半径的空心束可以在等离子体中稳定地传播数米，并用于正电子加速。
Single-shot Transverse Wakefield Mapping with a Hollow Electron Beam
本文提出一种基于空心电子束的单发横向尾场测量技术，通过探针横向畸变直接测量驱动束团产生的尾场分布，为抑制束流破裂不稳定性提供诊断手段。
Measurement of transverse wakefields induced by a misaligned positron bunch in a hollow channel plasma accelerator
空心通道等离子体尾场加速是一种为电子和正电子提供高加速梯度的方法：这是未来轻子对撞机的关键。然而，从通道轴错位的光束诱导强的横向尾场，偏转光束，降低对撞机的亮度。这种不期望的结果对传播通过通道的光束的对准精度设置了严格的约束。因此，直接测量束流失调引起的横向尾流场是设计缓解策略的必要条件。我们提出的第一个定量测量的横向尾场在一个中空的等离子体通道，诱导离轴20 GeV的正电子束，并与另一个20 GeV的低电荷拖尾正电子探测束测量。测量结果与理论基本一致。
High efficiency uniform positron beam loading in a hollow channel plasma wakefield accelerator
提出了一种新的正电子束流加载方式，在空心等离子体通道中实现了高梯度窄能散的$e^+$束流加速。在该区域中，$e^+$束与驱动$e^-$束在时间和空间上一致，并且它们的净电流分布确定等离子体尾场。三维粒子模拟结果表明，通过精确控制束流分布和加载相位，可以同时实现$\sim$ nC电荷的$e^+$束流加速，$\sim$ GV/m梯度、$\lesssim$ 0. 5%的诱导能量扩展和$\sim$ 50%的能量转移效率。此外，仅定制更可调谐的$e^-$束而不是$e^+$束的电流分布就足以获得这种有利的结果。本文提出了一种同时考虑空心等离子体通道中线性和非线性等离子体响应的理论分析方法，以量化束流加载效应。这一理论与模拟结果吻合得很好，并验证了这种梁加载制度在很宽的参数范围内的鲁棒性。
Calculation of the transverse kicks generated by the bends of a hollow electron lens
电子透镜是脉冲的、磁约束的电子束，其电流密度分布被成形以获得对高能加速器中的循环束的期望效果。它们被用于费米实验室的Tevatron对撞机，用于异常间隙清除，束-束补偿和晕刮。目前，布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机正在实施一种基于电子透镜的束-束补偿方案。这项工作是在大型强子对撞机的空心电子束刮刀的概念设计的支持。它也适用于在费米实验室的可积光学测试加速器的电子透镜的非线性可积光学的实施。我们考虑的电子束的轴向不对称性所造成的弯曲，用于注入电子到相互作用区域，并提取它们。电子宏观粒子的分布被沉积在封闭在导电管中的离散网格上。静电势和电场的计算使用数值泊松求解器。通过在直线轨迹上积分电场来估计循环射束所经历的反冲。这些踢还提供了插值分析辛地图的形式，用于数值跟踪模拟，这是需要估计的电子透镜的缺陷对质子寿命，发射度的增长，和动态孔径的影响。我们概述了一个一般的程序来计算的横向质子踢的大小，然后可以概括，如果需要的话，包括进一步的改进，如电子束的空间电荷演化，由电子流产生的磁场，和纵向质子动力学。
Acceleration of a Positron Bunch in a Hollow Channel Plasma
该研究在空芯通道等离子体中实验验证了正电子束驱动的尾场加速，实现了70 MV/m的加速梯度，为对称加速正负电子束提供了概念验证。
Assessment of Transverse Instabilities in Proton Driven Hollow Plasma Wakefield Acceleration
在质子驱动等离子体尾流场加速器中引入空心等离子体，以克服均匀等离子体中横向尾流场随半径和时间变化而引起的束流质量下降问题。模拟结果表明，在一个长的空心等离子体通道中，电子可以被加速到能量前沿，同时保持良好的束流质量。然而，该方案对波束通道对准提出了严格的要求。否则将产生沿轴向不对称的横向尾流场，导致驱动聚束的畸变和见证光束质量的恶化。在本文中，通过2D carpellet-in-cell模拟，我们研究了驱动光束通道偏移和初始驱动器倾斜引起的潜在不利影响，然后提出并评估这些驱动器不准确问题的解决方案。
New methods of particle collimation in colliders
准直系统是任何高功率加速器设计的重要组成部分。其功能包括保护组件免受意外和故意的能量沉积，减少背景和光束诊断。基于散射体和吸收体的传统多级系统提供鲁棒的屏蔽和有效的损耗收集。两个互补的概念已被提出来解决一些传统系统的局限性：沟道和弯曲晶体中的体积反射和空心电子束准直。本文的主要重点是空心电子束准直器，一个新的概念的基础上的相互作用的循环束与5千电子伏，磁约束，脉冲空心电子束在一个2米长的部分环。电子包围循环束流，横向踢晕粒子并使束流核心不受干扰。通过充当可调谐扩散增强器而不是硬孔径限制，中空电子束准直器将常规准直系统扩展到超出由可容忍损耗施加的强度限制。这个概念在费米实验室的Tevatron质子-反质子对撞机上进行了实验测试。本文介绍了980 GeV反质子准直的结果，并对未来作了展望。
High efficiency uniform wakefield acceleration of a positron beam using stable asymmetric mode in a hollow channel plasma
在井喷制度的等离子体尾场加速是特别有前途的高能量加速的电子束，因为它的潜力，同时提供大的加速梯度和高的能量转移效率，同时保持良好的束质量。然而，迄今为止还没有发现等离子体尾流中正电子加速的等效机制。我们表明，经过一个短的传播距离，一个不对称的电子束驱动一个稳定的尾场在一个中空的等离子体通道，可以加速和聚焦的正电子束。在驱动束团后面适当距离处放置高电荷正电子束团，可以对纵向尾场进行束流加载或平坦化，并增强横向聚焦力，从而导致正电子的高效率和窄能量扩展加速。三维准静态粒子模拟结果表明，该方案可以同时获得30%以上的尾流能量提取效率和1%的能级能量扩展，进一步优化是可行的。
Formation and stability of a hollow electron beam in the presence of a plasma wake field driven by an ultra-short electron bunch
对等离子体尾流场作用下电子注在等离子体中的时空演化进行了数值研究。后者是由超短相对论轴对称飞秒电子束团驱动的。我们首先推导出一个新的泊松方程的尾流电位的驱动项是超短聚束密度，适当地考虑到之间的相互作用的锐度和高能量的聚束。然后，我们表明，形成一个通道纵向，通过外部注入的光束，同时经历的聚束驱动的等离子体尾场的影响，在热波模型的上下文中。通道的形成似乎是光束3D演化的最后阶段。这涉及在纵轴周围出现小细丝和气泡。气泡聚结形成相对稳定的轴对称中空梁结构。
Optimal positron-beam excited plasma wakefields in Hollow and Ion-Wake channels
与等离子体电子相互作用的正电子束驱动径向吸入，与过密区域中的电子束驱动吹出相反，$n_b>n_0$。在均匀等离子体中，电子从所有不同的半径径向吸入。从不同半径坍缩的电子不会同时压缩轴上驱动弱场。空心沟道允许电子从其沟道半径同时崩溃激发相干场。分析了最佳信道半径。此外，中空中的低离子密度允许具有聚焦相位的更大区域，我们显示其为线性聚焦。我们已经表明，形成一个离子尾流通道后面的吹灭电子泡尾流。在这里，我们探讨正电子加速过密制度比较一个最佳的空心等离子体通道的离子尾流通道。并对最佳空心流道半径的条件进行了比较。我们还讨论了非理想离子尾流通道对正电子束激发场的影响。
Stable Positron Acceleration in Thin, Warm, Hollow Plasma Channels
空心等离子体通道对轻子加速很有吸引力，因为它们提供了内禀发射度保持机制。然而，光束分裂不稳定性占主导地位的动态。在这里，我们表明，薄，温暖的空心通道可以维持大振幅等离子体波准备高品质的正电子加速。我们验证了热电子和薄的空心通道的组合，使正电子聚焦结构。这样的聚焦尾流场解锁束分裂阻尼机制。我们证明，这样的渠道出现自我一致的长期等离子体动力学在井喷的制度后，允许实验演示。
Beam Halo Formation via Longitudinal-Transverse Coupling in Continuous-Wave Photoinjectors
本文针对连续波光注入器中束晕形成问题，提出并实验验证了一种由纵向-横向耦合驱动的三步机制，并通过聚束器压缩调节实现束晕抑制，为高重复频率FEL稳定运行提供支持。
Positron acceleration in a hollow plasma channel up to TeV regime
我们提出了一种基于等离子体的高能轻子加速器，其中在束轴附近形成弱聚焦等离子体结构。该结构保持了加速束的发射度，并产生低辐射损失。此外，该结构允许在驱动器耗尽阶段显著降低见证能量扩展。
High quality electron beam generation in a proton-driven hollow plasma wakefield accelerator
质子驱动的等离子体尾场加速器的模拟表明，与传统的加速器相比，质子驱动的等离子体尾场加速器具有更高的加速梯度，并且在单个等离子体阶段中将电子加速到能量前沿的可行性。然而，由于强内禀横向场的径向和时间变化，证明光束质量仍然远远不适合在未来的对撞机的实际应用。在这里，我们证明了有效的加速电子在质子驱动的尾场在一个中空的等离子体通道。在这种情况下，见证聚束位于具有强加速场的区域中，不受等离子体电子和离子的影响。我们表明，携带约10%的1 TeV的质子驱动电荷的电子束可以加速到0.6 TeV，保持归一化发射度在一个单一的通道的700米。这种高质量和高电荷束可能为未来基于等离子体的能量前沿对撞机的发展铺平道路。
A near-ideal dechirper for plasma-based electron and positron acceleration using a hollow channel plasma
基于等离子体的电子和正电子尾场加速在过去十年中取得了长足的进步。然而，其应用于相干光源和对撞机的一个主要挑战是加速光束的相对较大的能量扩散，目前在百分之几的水平。这种能量扩展通常与尾波场振幅的纵向啁啾引起的束中的粒子位置相关。因此，去斜器对于将该扩散降低到$\sim0.1\%$水平，同时保持加速束的发射度是非常理想的。在这里，我们建议，一个低密度的空心通道等离子体可以作为一个近理想的电子和正电子的去啁啾。我们通过大规模的三维粒子模拟来证明这一概念。研究表明，从等离子体加速器出射的束流的初始正相关能量扩展（啁啾）可以通过束流在中空通道中从百分之几能级到$\leq 0.1\%$诱导的近似线性的自尾流来补偿。同时，由于沟道内的横向场可以忽略不计，所以束流发射度可以保持不变。这种被动方法可能会显着提高等离子体加速器的光束质量，为它们在未来紧凑型自由电子激光和对撞机中的应用铺平道路。
Analysis of a hadron beam in five-dimensional phase space
本文在散裂中子源束流测试装置上对五维相空间强子束流进行高分辨率测量，开发非平面切片等分析可视化技术，揭示低维投影无法充分表征高维相空间分布。
Laser-Plasma Ion Beam Booster Based on Hollow-Channel Magnetic Vortex Acceleration
针对激光驱动离子加速的离子最大能量不足问题，提出保品质级联加速方案，经三维PIC模拟验证其鲁棒性且可俘获高电荷质子团，适配现有及近期激光装置。
Scheme for proton-driven plasma-wakefield acceleration of positively charged particles in a hollow plasma channel
提出了一种在等离子体尾场加速器中加速带正电粒子的新方案。如果质子驱动束在中空等离子体通道中传播，并且束半径是通道宽度的量级，则驱动器的空间电荷力导致通道壁处的电荷分离，这有助于聚焦沿束轴传播的带正电的见证聚束。在通道中，带正电荷的粒子的加速桶比均匀等离子体的井喷状态大得多，并且长距离的稳定加速是可能的。此外，可以通过改变通道的半径来调整见证物相对于波的相位，以确保加速度是最佳的。二维模拟表明，对于未来可能出现的质子驱动器，带正电的粒子可以稳定地加速超过1公里，平均加速梯度为1.3 GeV/m。
Generation and Acceleration of Isolated-Attosecond Electron Bunch in a Hollow-Channel Plasma Wakefield
提出利用电子束驱动空心通道等离子体靶同时产生并加速十GeV级孤立阿秒电子束的新方案，通过辐射尾场注入并加速等离子体电子，获得高电荷量、高能量、高稳定性的电子束，适用于超快与高能物理。
Applications of electron lenses: scraping of high-power beams, beam-beam compensation, and nonlinear optics
电子透镜是脉冲的、磁约束的电子束，其电流密度分布被成形以在循环束上获得期望的效果。费米实验室的Tevatron对撞机使用了电子透镜，用于逐束补偿远距离束-束调谐偏移，用于去除中止间隙中未捕获的粒子，用于正面束-束补偿的初步实验，以及用于演示空心电子束的晕刮。布鲁克海文国家实验室（BNL）的相对论重离子对撞机（RHIC）正在调试用于束-束补偿的电子透镜。对空心电子束准直和晕控制进行了研究，作为补充欧洲核子研究中心大型强子对撞机升级准直系统的一个备选方案;最近完成了一项概念设计。由于它们的电荷和质子束附近没有材料，电子透镜也可以提供一种替代导线的方法，用于LHC亮度升级方案中具有小交叉角的长距离束-束补偿。在费米实验室，我们计划在可积光学测试加速器（IOTA，一个40米的150 MeV电子环）中安装一个电子透镜，作为非线性可积光学的原理验证实现之一，以实现大的调谐扩展和更稳定的光束，而不会损失动态孔径。
On Optical Properties Of Ion Beams Extracted From Electron Cyclotron Resonance Ion Source
利用NAM-ECRIS程序得到的离子在引出孔径处的初始分布，模拟了DECRIS-PM源的离子引出。对等离子体发射面进行了三维计算，并对引出区的离子进行了示踪。的离子束轮廓显示出强烈的畸变，由于等离子体弯月面的形状，空心束的功能再现，以及在不同的聚焦条件下的轮廓的变化。
Evaluation of Beam Halo from Beam-Gas Scattering at the KEK-ATF
在圆形对撞机、阻尼环和同步辐射光源中，束晕是限制性能的关键问题之一，并可能导致部件损坏和激活。必须清楚地了解导致晕形成的机制，并测试现有的理论模型。束流-气体弹性散射可以驱动粒子产生大振幅的振荡，是束晕的潜在来源。本文对KEK的ATF进行了这一过程的数值估算和蒙特卡罗模拟。还描述了使用金刚石传感器探测器在ATF 2束线中测量束晕的实验，清楚地表明了束气散射过程对束晕横向分布的影响。
Preliminary Design Study of the Hollow Electron Lens for LHC
为了提高大型强子对撞机高亮度升级（HL-LHC）的晕控制和准直性能，提出了一种空心电子透镜（HEL）。这个概念是基于一束电子，它围绕质子行进了几米。电子束由阴极产生，然后由一组超导磁体产生的强磁场引导。设计的第一步是定义驱动电子轨迹的磁场。这种轨迹的估计，通过一个专用的MATLAB工具。分析和讨论了主要几何参数和电学参数的影响。然后，主要的机械设计的选择，为电子枪，低温恒温枪和收集器。本文的目的是提供一个概述的初步设计的电子透镜的大型强子对撞机。本研究中所使用的方法也可作为未来类似设备的机械和集成设计的例子。
Beam halo from Touschek scattering in the KEK Accelerator Test Facility
束晕是强流加速器中限制机器性能和引起放射性活化的关键问题之一。束晕形成的清晰图像对于成功抑制不期望的束流损失是非常重要的。我们目前的数值和实验研究的横向和纵向晕在KEK加速器测试设备。在各种条件下的预测和观测之间的公平的一致性表明，Touschek散射是形成水平和动量晕的主导机制。
The Beam Halo Experiment at the LEDA Facility
由于在强质子束中产生晕粒子的潜在不利影响，因此必须清楚地了解当前和拟议的高强度直线加速器可能导致晕形成的机制。为此，已经开发了一个理论模型，该模型表明，在强空间电荷力和线性传输通道中的周期性聚焦的联合影响下，质子可以被踢到晕轨道中。然而，还没有实验测量质子束中的束晕。在本文中，我们报告的进展，努力进行一项实验，以测量束晕使用现有的高强度质子束的LEDA设施。一个线性传输通道已组装与适当的诊断用于测量作为光束参数的函数的束晕中的预期的小光束分量。该实验是基于使用一个阵列的高动态范围线和光束刮刀，以确定沿运输通道的晕和核心配置文件。将介绍实验设计的详细信息和预期的晕圈测量特性。
Isolated attosecond free-electron laser based on a sub-cycle driver from hollow capillary fibers
提出利用中空毛细管光纤产生的中红外亚周期激光调制电子束，生成准孤立电流峰，从而产生高信噪比、高强度的孤立阿秒软X射线自由电子激光。
Beam halo study on ATF damping ring
晕分布是背景研究的一个重要课题。本文提出了一种估算ATF束晕分布的解析方法。分析计算了不同发射度和不同真空度时，ATF阻尼环中束尾的平衡粒子分布。分析结果与测量结果吻合得很好。这是一个通用的方法，可应用于任何电子环。
Suppression of Space Charge Induced Beam Halo in Nonlinear Focusing Channel
强流非均匀粒子束由于非线性空间电荷力的作用，在聚焦通道中表现出强的发射度增长和束晕的形成。这种现象限制了光束亮度并导致粒子损失。该问题与由于在相空间中的双折射而在常规聚焦结构中光束的相空间体积的不可逆畸变有关。发射度的增长伴随着真实空间中的晕形成，这导致不可避免的粒子损失。本文讨论了求解二维几何中匹配非均匀梁自洽问题的一种新方法。将所得解应用于束流输运问题，同时通过使用非线性聚焦场避免了发射度增长和晕圈形成。守恒的光束分布函数的证明解析和粒子模拟的光束与现实的光束分布。
Stability and Halo Formation in Axisymmetric Intense Beams
采用粒子模拟方法，分析了高强度轴对称二维光束在均匀聚焦通道中的光束稳定性和束晕形成。探讨了均匀（KV）分布的粒子横向相空间密度，以及更现实的（特别是，水袋分布），以确定稳定性限制和晕参数的调谐凹陷失配空间。数值结果表明，与晕形成的分析模型（R.L.）的预测一致。Gluckstern，Phys.Rev.Letters，73（1994）1247）。
Halo Coupling and Cleaning by a Space Charge Resonance in High Intensity Beams
结果表明，强流束的空间电荷赝八极子驱动的差共振不仅耦合束芯发射度，还导致束晕中的发射度交换，这与强流加速器中的束流损失有关.关于直线加速器，“主共振”kz/kxy =1（对应于圆形加速器中的蒙塔古共振2 Qx-2 Qy =0）可导致平面之间的晕圈的这种耦合和转移。即使芯发射度（rms）完全相等或几乎相等，也可能发生横向晕耦合到纵向平面（反之亦然）。这个晕轮论证证明了在直线加速器设计中的额外谨慎，包括考虑避免均分设计。然而，与此同时，该机制也可以通过将晕圈从纵向平面耦合到横向平面（其中局部刮擦是可访问的）中而有资格作为主动动态晕圈清洁方案。我们提出了半解析发射度耦合率，并表明，以前开发的直线加速器的核心稳定性图表可以扩展-使用的纵向横向晕发射度比-以表明其他地区的晕耦合可能是重要的。
Analytical estimation of ATF beam halo distribution
为了研究ATF 2束线和互作用点的本底状态，本文提出了一种基于K. Hirata和K. Yokoya的理论给出了当每个电子除了受到同步辐射阻尼效应的影响外，还受到束气散射、束气韧致辐射和束内散射等随机过程影响时，ATF阻尼环中束尾的平衡粒子分布。这种方法是通用的，也可应用于其它电子环。
Control of focusing forces and emittances in plasma-based accelerators using near-hollow plasma channels
提出了一种近中空等离子体通道，其中通道中的等离子体密度远小于壁中的等离子体密度，以提供对等离子体加速器中的聚焦力和加速力的独立控制。在这种几何形状中，通道中的低密度有助于聚焦力，而加速场由通道壁中的高密度决定。该通道还为用于尾流场激发的强激光脉冲提供引导。在某些情况下，电子束和正电子束都可以以近似对称的方式加速和聚焦。近空心等离子体通道可以有效地抑制由于库仑散射引起的发射度增长，适用于高能物理应用。
Beam Halo Imaging with a Digital Optical Mask
束晕是影响强流加速器性能的重要因素。它会导致束流控制困难、发射度增长、粒子损失，甚至损坏加速器。因此，必须了解晕形成的机制及其动力学，以控制和尽量减少其影响。晕分布的实验测量是这类研究的重要工具。在本文中，我们提出了一种新的自适应掩模的方法，我们已经开发的图像束晕，它使用数字微镜阵列器件（DMD）。这种方法已经在实验室中使用激光和白光光源，并与马里兰大学电子环（UMER）产生的实际光束进行了彻底的研究。用这种新方法已经证明了~10（5）的高动态范围，最近的研究表明，对于更强的光束，可以超过这个数字至少一个数量级。该方法灵活，易于设置，可用于任何加速器或光源。我们提出了我们的测量结果的性能的方法和图像的光束晕在各种实验条件下产生的。
Highly collimated electron acceleration by longitudinal laser fields in a hollow-core target
由激光直接加速产生的电子束的显著角发散通常被认为是该机制的固有负面特征。然而，发散的出现主要是因为标准方法依赖于横向电子振荡及其与激光脉冲的横向电场的相互作用。我们提出了一种概念上不同的方法，直接激光加速，利用纵向激光电场，是目前在一个紧密聚焦的激光束。一个结构化的空心目标是用来增强纵向场，并保持他们在一个距离远大于瑞利长度通过引导激光脉冲。电子被横向激光电场注入通道，然后被脉冲向前加速，产生电子流。来自该电子群体的电场和磁场的力相互补偿，从而在没有强回复力的情况下产生有利的构型。我们使用二维粒子模拟的细胞，以证明一个低发散高能电子束的开口角小于5 $^\circ$，可以在这种配置中产生。大部分能量通过纵向激光电场转移到电子，并且给定足够的加速距离，可以在不牺牲准直的情况下实现超有质动力能量。
Fluctuations Do Matter: Large Noise-Enhanced Halos in Charged-Particle Beams
束晕的形成通常用粒子核模型来描述，其中振荡核的空间电荷场将粒子驱动到大振幅。该模型涉及参数共振，并预测了一个硬上限的晕粒子的轨道振幅。我们表明，由于空间电荷波动和/或机器缺陷的有色噪声的存在下，可以喷射粒子到更大的幅度比将单独从参数共振推断。
A new description of space charge induced beam halo
在粒子加速器中，必须最小化到周围部件的粒子损失。这些粒子在丢失之前通常已经被驱动到期望分布之外的不期望的“晕圈”中。特别是当考虑到非线性空间电荷效应时，所涉及的过程和这种晕的物理识别是一个激烈的研究课题。为了提出一种方法，牢固地基于瞬态束状态的物理学，用于确定何时可以将粒子定义为处于晕中，研究了注入到交变梯度（AG）聚焦晶格的共振中的初始rms匹配束的特定示例，其中集体模式和单个粒子运动之间的共振将一些粒子推入晕中，该晕通过将晕描述扩展到作用来定义-角架在这个新的描述框架中，晕粒子可以被物理定义为那些受到外部准双曲环面影响的具有较大作用的粒子，其中包含在投影二维相空间上的传统方法中观察到的晕粒子，以及仍然隐藏在核心中的一些粒子。
Measurements of the effect of collisions on transverse beam halo diffusion in the Tevatron and in the LHC
在粒子对撞机中，束-束力和碰撞光学对束流寿命、动态孔径和束晕的形成有重要影响。在机器的设计和操作阶段进行了大量的分析和数值模拟，以量化这些影响，但实验数据很少。小步长准直器扫描技术应用于费米实验室Tevatron对撞机和欧洲核子研究中心（CERN）大型强子对撞机，研究了碰撞对横向束晕动力学的影响。我们描述的技术，并提出了一个总结的第一个结果的依赖性的晕扩散系数在Tevatron和LHC的电子感应加速器振幅。
Probing the diffusive behaviour of beam-halo dynamics in circular accelerators
能量前沿的圆形粒子加速器基于超导磁体，超导磁体对束流损失非常敏感，因为这些可能会引起猝灭，即转换到正常导电状态。此外，存储在循环束中的能量是如此之大，以至于硬件完整性处于严重的危险之中，并且机器保护对于达到标称加速器性能变得至关重要。在这种具有挑战性的背景下，束晕成为性能限制的潜在来源，需要详细了解其动力学，以评估它是否会成为加速器的一个问题。在本文中，我们详细讨论了一种新的框架，基于扩散的方法，模拟束晕动力学。由Nekhoroshev定理给出的扰动级数的最优估计的函数形式被用来提供作用扩散系数的函数形式。我们的目标是提出一个有效的束晕动力学模型，并设计一个有效的实验程序，以获得一个准确的测量扩散系数。
Tevatron Beam Halo Collimation System: Design, Operational Experience and New Methods
质子束和反质子束在Tevatron对撞机中的准直是为了保护CDF和D0探测器并使其本底率最小化，保持超导磁体的辐照处于控制之下，保持长期运行的可靠性，并减少束流感应辐射对环境的影响。本文简要介绍了对撞机准直系统的设计、实际实现和性能，控制横向和纵向束晕的方法，以及在Tevatron上测试的两种新的准直技术。
Measurements of beam halo diffusion and population density in the Tevatron and in the Large Hadron Collider
晕动力学影响全球加速器的性能：束流寿命，发射度增长，动态孔径和准直效率。光晕监测和控制对于高功率机器的运行也至关重要。例如，在LHC的高亮度升级中，储存在束尾中的能量可能达到几兆焦耳。快速损耗会导致超导磁体失超、磁体损坏甚至准直器变形。需要测量束晕并以可控的速率去除它。在Tevatron和LHC中，通过观察在不同的实验条件下小的向内或向外的准直器步骤之后的损失的时间演变，用准直器扫描测量晕粒子数密度和扩散率：用单束和碰撞，并且在Tevatron的情况下，用空心电子透镜作用于聚束的子集。大型强子对撞机恢复运行后，计划将测量的扩散率与已知的横向阻尼器激励强度进行比较。本文还简要讨论了非破坏性晕粒子数密度测量的新建议。
An experimentally robust technique for halo measurement using the IPM at the Fermilab Booster
我们提出了一个模型无关的量，$L/G$，来表征非高斯尾巴在费米实验室助推器离子轮廓监测器观察到的光束轮廓。这个量可以被认为是助推器中束晕的量度。我们使用束流动力学和探测器模拟证明，$L/G$是优于峰度作为一个实验测量束晕时，考虑到现实的光束形状，探测器的影响和不确定性。除了在助推器中的实验研究结果外，我们还包括$L/G$的基本原理和计算方法，在助推器中我们表明$L/G$是一种有用的晕轮。
Halo Formation in Spheroidal Bunches with Self-Consistent Stationary Distributions
本文构造了一类新的自洽6-D相空间平稳分布。然后，光束纵向和/或横向不匹配，我们探讨了光束的稳定性和晕形成的情况下，3-D轴对称束团使用粒子在细胞模拟。我们专注于束团的长宽比从1到5，这涵盖了APT直线加速器参数的典型范围内的光束。我们发现，纵向晕的形式第一可比的纵向和横向失配。一个有趣的耦合现象-纵向或横向晕观察，即使对于非常小的失配，如果在其他平面的失配是大的-被发现。
Production of Enhanced Beam Halos via Collective Modes and Colored Noise
我们研究如何集体模式和色噪声合谋产生一个光束晕与更大的幅度比可以单独产生的现象。集体模式是最低阶径向本征模计算自洽的配置对应于直流，圆柱对称，温暖的流体Kapchinskij-Vladimirskij平衡。色噪声来自于不可避免的机器误差，并影响内部空间电荷力。它的存在通过不断地将统计上罕见的粒子踢回与集体模式振荡同相，迅速将它们发射到不断增长的振幅。对于纯径向轨道和最初纯方位角轨道，晕幅基本上是相同的;轨道角动量在统计上没有显著的影响。确实有影响的因素包括集体模式的振幅以及色噪声的强度和自相关时间。由于噪声破坏了Kolmogorov-Arnol 'd-Moser环面，否则将限制光束，因此潜在的动力学增强。这些环面是脆弱的;即使是非常微弱的噪音最终也会打破它们，尽管它们解体的时间尺度取决于噪音的强度。因此，集体模式和噪声是非常重要的，在真实光束中的晕形成的动力学。
High-quality positrons from a multi-proton bunch driven hollow plasma wakefield accelerator
利用空心等离子体，多束团质子可以很好地驱动非线性等离子体尾流场，在保持束流质量的情况下将电子加速到能量前沿。然而，正电子的加速是不同的，因为加速结构强烈依赖于电荷。在保持小的归一化发射度和小的能量扩散之间存在差异。这是由于用于为多个质子束提供聚焦的等离子体电子稀释正电子束的冲突造成的。通过加载一个额外的电子束来排斥等离子体电子，同时稍微降低等离子体密度以使加速相位以有利于正电子束的斜率移动，正电子束可以被加速到400 GeV（驱动器能量的40%），能量扩展低至1%，并且很好地保持了归一化发射度。高质量高能正电子的成功产生为未来的前沿轻子对撞机铺平了道路。
Pbar Beam Stacking in the Recycler by Longitudinal Phase-space Coating
屏障射频桶给同步加速器中带电粒子束的纵向束动力学带来了新的挑战，同时也为束流处理带来了许多新的显着前景。在本文中，我描述了一种新的同步加速器束流堆积计划使用障碍桶没有任何发射度稀释的束。首先，我讨论的方法，称为纵向相空间涂层的一般原则。将该方案应用于回收器的多粒子束动力学模拟，有力地验证了该方法的概念和可行性。然后，我在回收机中实验性地演示了该技术，并在操作中使用它。该方案的一个副产品是它的实用性在映射的非相干同步调谐光谱的光束粒子在障碍桶和产生一个干净的空心光束在纵向相空间。这两个都在这里详细描述与插图。这里提出的波束叠加方案是同类方案中的第一个。
Laser Wire Scanner Compton Scattering Techniques for the Measurement of the Transverse Beam Size of Particle Beams at Future Linear Colliders
这个档案总结了2001年至2006年与未来直线对撞机（FLC）的激光线扫描器开发相关的工作论文和会议记录。特别是在PETRA II和CT 2的激光线实验的设计，设置和数据采集进行了说明。该材料侧重于伦敦皇家霍洛威大学（RHUL）开展的活动。
Control System for the LEDA 6.7-MeV Proton Beam Halo Experiment
高功率质子束晕形成的测量是低能示范加速器（LEDA）设施正在进行的科学实验。为了实现这一测量目标，一个52磁铁束线包含几种类型的束诊断仪器正在安装。实验物理和工业控制系统（EPICS）和商业软件应用程序目前正在整合，以提供一个实时，同步数据采集和控制系统。该系统由磁控制、真空控制、电机控制、数据采集和数据分析组成。独特的需求导致了定制软件和硬件的开发和集成。EPICS实时数据库、交互式数据语言（IDL）程序、LabVIEW虚拟仪器（VI）和状态表示语言（SNL）序列托管在基于VXI、PC和UNIX的平台上，这些平台使用EPICS通道访问（CA）通信协议进行交互。采集和控制硬件技术范围从基于DSP的诊断仪器到PLC控制的真空系统。本文主要介绍了控制系统的硬件和软件的设计、实现。
Channeling and Volume Reflection Based Crystal Collimation of Tevatron Circulating Beam Halo (T-980)
T980晶体准直实验正在Tevatron进行，以确定这种技术是否可以提高980 GeV束晕准直效率，如Tevatron和LHC等高能强子对撞机。T980还研究各种晶体类型和参数。在2009年夏天的停机期间，通过在水平测角仪中安装新的O形晶体，以及添加具有两个交替晶体（O形和多条）的垂直测角仪和额外的光束诊断，该设置得到了大幅增强。第一次测量与新系统是相当令人鼓舞的，与预测的二级准直器上观察到的通道和体积反射光束。研究了晶体在体反射和沟道模式下的准直效率，并与非晶主准直器进行了比较。系统性能的结果是为最终的商店的研究和整个对撞机商店。第一次调查碰撞光束准直同时使用晶体在垂直和水平面已在政权与水平通道和垂直体积反射光束。正在计划在FY10夏季关闭期间进行重大的硬件改进，并在Tevatron运行的最后一年进行专门的研究，以及“后对撞机束流物理运行”期间。
Beam Halo and Bunch Purity Monitoring
本文介绍了用于束团晕测量的高动态范围仪器，并讨论了束流仪器角度下的晕定义和量化方法。
In vacuum diamond sensor scanner for beam halo measurements in the beam line at the KEK Accelerator Test Facility
束晕横向分布的研究对于理解未来直线对撞机（FLC）中的束流损失和本底控制具有重要意义。设计并研制了一种新型的四条真空金刚石传感器（DSv）扫描器，用于研究ILC和CLIC直线对撞机末级聚焦系统的低能（1.3GeV）原型ATF 2的束晕横向分布，并用于诊断其相互作用点（IP）后的康普顿反冲电子。使用DSv，$\sim10^6$的动态范围已被成功地证明和确认的同时束芯（$\sim10^9$电子）和束晕（$\sim10^3$电子）测量在ATF 2的第一次。本报告介绍了表征，性能研究和测试的金刚石传感器使用$α$源，以及使用电子束在PHIL，低能量（$< 10$ MeV）的光注入器在LAL，并在ATF 2。还介绍了在不同束流强度和真空度下，利用DSv在ATF2上首次测量束晕的结果。这种测量不仅允许人们评估不同的束晕产生源，而且还可以定义要安装在ATF 2上的合适准直系统的要求，以及在未来操作期间优化其性能。
Measurement of the nonlinear diffusion of the proton beam halo at the CERN LHC
本文基于Nekhoroshev定理分析框架，通过监测CERN LHC准直器颚板受控移动期间的束流损失信号，测量了质子束晕的非线性扩散系数，验证了其与理论假设的高度一致性，并评估了束束补偿对束尾扩散的有效性。
Cleaning the beam halo using nonlinear AC magnets
针对四维相空间中含束晕的束流分布，本文提出利用高阶非线性交流磁铁捕获并绝热输运束晕，通过理论建模与数值模拟验证清洁效果。
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