Lattice optimization of the Novosibirsk fourth-generation light source SKIF
讨论了正在新西伯利亚建设的第四代光源SKIF（西伯利亚圆光子源）的磁晶格选择和参数优化。本研究比较了几种基本的晶格单元，以期得到一种具有低发射度和大动态孔径的晶格单元。在束流能量为3GeV、周长为476 m的条件下，得到了自然发射度为72 μ m的SKIF晶格。只有两个六极子系列的水平和垂直动态孔径分别为12mm和3.5mm，能量接受率大于5%。为了检查所找到的解决方案的潜力，我们使用稍微修改的SKIF晶格来设计6 GeV光源，并在1075 m周长和40个直段上达到33 pm的自然发射度。同样，只有两个六极系列保证足够的动态孔径（7毫米水平，4毫米垂直）和能量接受超过5%的简单有效的注入和足够的束流寿命。
2021-07-07 physics.acc-ph
Emittance reduction with variable bending magnet strengths: Analytical optics considerations and application to the Compact Linear Collider damping ring design
作为光源或阻尼环（DR）的同步加速器的晶格设计的主要挑战之一是发射度的最小化。理论最小发射度（TME）单元是实现绝对最小发射度的最佳晶格结构。本文阐述了利用磁场纵向变化的偶极子进一步降低TME室的电子感应加速器发射度的优化策略。基于分析结果，讨论了具有最佳特性的可变弯曲制造的磁体设计。为了有一个全面的了解所有的电池性能，理论上的最小发射度（TME）电池与可变弯曲的分析方法进行了阐述。该方法被用于紧凑型直线对撞机（CLIC）DR的设计优化。基于这种新的设计策略，在包括IBS的发射度中获得的裕度使得能够从现有的弧中去除一些TME单元，同时仍然保持对撞机的要求。通过使用优化的高场摇摆器，进一步增强了周长的减小。详细解释了CLIC DR的优化策略，并给出了新设计的输出参数。
2019-08-08 physics.acc-ph
Characterization of the International Linear Collider damping ring optics
提出了一种计算任意闭合网格发射度稀释和动态孔径的方法，该网格包括导场磁体误差、多极子误差和失调。这种方法，开发和测试在康奈尔电子储存环测试加速器（CesrTA），已被应用于阻尼环晶格的国际直线对撞机（ILC）。基于束流的发射度调谐的有效性受到束流位置监测器（BPM）测量误差、校正磁体的数量及其放置以及校正算法的限制。阻尼环磁铁对准，多极误差，BPM的数量，BPM测量精度的规格被证明是符合所需的发射度和动态孔径。然后，该方法被用来确定的最小数量的位置监视器，需要实现的发射度目标，以及如何最小取决于BPM的位置。同样，最大容许多极误差进行评估。最后，每个BPM配置相对于随机故障的鲁棒性进行了探讨。
2014-09-04 physics.acc-ph
Multi-Objective Optimizations of High Gradient C-band Photoinjector for High Bunch Charge Applications
本文针对1.6-cell C波段光电注入器，使用多目标遗传算法（MOGA）优化发射度与束团长度，并引入光阑保留明亮束流核心，使横向发射度降低超2倍，超越了相似束团电荷束流线的实验现状。
2025-09-14 physics.acc-ph
Analytical considerations for linear and nonlinear optimization of the TME cells. Application to the CLIC pre-damping rings
理论上的最小发射度单元是实现绝对最小发射度的最佳配置，如果特定的光学约束在单元的偶极子的中间被满足。本文提出了基于理论最小发射度单元的分析方法的线性栅格设计方案。特别是四极强度和光学函数的发射度和漂移长度的参数化。然后，可以使用所有单元参数创建多参数空间，从中可以选择其中任何一个进行优化。最后给出了该方法在CLIC预阻尼环线性和非线性优化设计中的应用。
2013-10-18 physics.acc-ph
Achromatic Telescopic Squeezing for Dynamic Aperture Optimization in the Electron Storage Ring of the EIC
Cornell University（康奈尔大学）
本文探讨了色差消散望远镜压缩在EIC电子存储环动态 aperture 优化中的应用，通过对比传统六极磁铁方案，发现ATS光学能降低六极磁铁强度并改善动量接受度，但会导致色度增长，需在存储环设计中权衡其优势。
2026-04-30 physics.acc-ph
Fabrication and Tolerance Issues and their Influence on Multi-Bunch Bbu and Emittance Dilution in the Construction of X-Band RDDS Linacs for the NLC
下一代线性对撞机（NLC）的主直线加速器将包含数千个X波段RDDS（圆形阻尼失谐结构）。结构中的横向尾流场通过使模态频率失谐从而使它们相消干涉以及通过每个结构提供弱阻尼的四个阻尼歧管来减小。单个单元的制造中的误差和单元的对准中的误差将减少模式的抵消。在这里，我们计算在小区的同步频率和小区到小区的对齐中的随机误差的容限。
2000-08-20 physics.acc-ph
Anisomagnetic quasi-achromats with small effective emittance
准消色差晶格（小的色散是允许在他们的直线部分，他们的细胞之间）被认为是在一个细胞，有两种不同的磁场的弯曲磁铁。有效发射度的最小化由以下算法（其遵循Teng，部分遵循Lee）执行。(1)每个内偶极子对自然发射度的贡献相对于所有光学参数最小（与色散和β函数有关），除了移位参数s_0，它规定了β函数最小值和磁体中心之间的间隔;对于侧弯曲磁体，其对与有效发射度相关的积分的贡献（该关系使用算术平均值优化几何平均值的事实）被最小化。(2)偶极子的其他参数（场、长度或角度比、位移）受边界条件的限制：在磁体出口处和下一个入口处Courant-Snyder不变量的相等。(3)通过计算可以找到最小有效发射度和最后自由参数（两个或三个）。这种方法的准确性下降的内部偶极子在一个细胞的数量减少，和仍然等磁Tanaka-Ando最小值（修改后的DBA*-晶格，没有内部偶极子）是再现精度优于百分之零点五。如果每个单元的偶极子的数量不超过四个，最小的有效发射度（14%，低于TA限制）是实现QBA**-晶格，其中所有的偶极子有非零位移。
2010-10-18 physics.acc-ph
Complex unit lattice cell for low-emittance storage ring light source
本文提出复杂单元晶格概念，以降低低发射度MBA储存环中的磁铁强度并节省空间，并通过3 GeV、537.6 m周长的17BA设计验证其19.3 pm.rad发射度优势。
2023-08-19 physics.acc-ph
Towards the ultimate storage ring: the lattice design for Beijing Advanced Photon Source
北京先进光子源（BAPS）是一种用于储存5GeV低发射度电子束并提供高亮度相干辐射的储存环光源。在本文中，我们报告了我们的努力，推动发射度的BAPS接近所谓的最终储存环，而固定的周长约为1200米。为了解决超低发射度环中强非线性的束流动力学问题，在线性光学设计和非线性优化中采用了多种先进技术，如改进的理论最小发射度小孔径磁池、准三阶消色差透镜、基于李代数和哈密顿分析的理论分析器、多目标遗传算法、频率图分析。这些技术使我们能够获得满意的束流动力学在一个晶格设计的自然发射度为75 pm。
2013-05-05 physics.acc-ph
Emittance Measurement in MICE
μ子电离冷却是制备中微子工厂或μ子对撞机所需的高亮度光束的唯一实用解决方案。卢瑟福阿普尔顿实验室正在开发的μ子电离冷却实验（MICE）正在安装有史以来第一套粒子探测器，用于测量进出冷却室的200 MeV/c左右μ子束的发射率，并测量冷却室的性能。两个相同的“发射计”（一个在螺线管磁场中的精确的光纤跟踪器和一个50 ps的飞行时间站）测量每个μ子的六个相空间坐标。另一个TOF平面和两个切伦科夫计数器确保了入射μ子束的纯度。下游的电子/μ子量热计消除了衰变电子的污染。
2008-10-11 physics.acc-ph
Dynamic Aperture Studies for SPEAR 3
斯坦福大学同步辐射实验室正在研究一个加速器升级项目，该项目将用18 nm rad双弯曲消色差（DBA）晶格：SPF3取代目前的130 nm rad FODO晶格。低发射度设计产生高亮度光束，但DBA晶格中的较强聚焦增加了色度和对机器误差的光束灵敏度。为了确保有效的注入和长的Touschek寿命，已经进行了设计晶格和动态孔径的优化。在本文中，我们审查的方法，以最大限度地提高SPATIAL 3的动态孔径，包括必要的光学修改，选择的调谐和相位提前，优化的六极和耦合校正，和建模的机器误差，摇摆器和晶格周期性的影响。
2001-06-20 physics.acc-ph
A symplectic particle-in-cell model for space-charge beam dynamics simulation
空间电荷效应在强流粒子加速器中起着重要的作用，人们利用各种宏观粒子跟踪模型对其进行了研究。在本文中，我们提出了一个辛粒子在细胞（PIC）模型，并比较这个模型与最近发表的辛无网格粒子模型和传统的非辛PIC模型的长期空间电荷模拟的滑行光束。使用相同的步长和相同数量的模式的空间电荷泊松求解器，所有三个模型显示出定性相似的发射度增长的演变和最终的相空间形状的基准示例。在量子力学上，辛粒子模型和辛无网格粒子模型的计算结果吻合得很好，而非辛粒子模型的计算结果不同。采用更细的步长，从非辛PIC的发射度增长收敛到辛PIC模型。
2018-01-12 physics.acc-ph
Four-Dimensional Emittance Measurements of Ultrafast Electron Diffraction Optics Corrected Up to Sextupole Order
超快电子衍射（UED）是利用短脉冲电子束探测物质中远离平衡态的原子结构在飞秒尺度上演化的一种技术。作为加速器物理挑战，UED对探测电子束的亮度施加了严格的限制。UED中采用的低归一化发射度（通常在10 nm尺度及以下）对外加场像差和空间电荷效应特别敏感。像差的作用是越来越重要的小探头系统，往往具有多个数量级的光束尺寸在运输过程中的变化。在这项工作中，我们报告的校正正常四极，斜四极，和六极像差通过专用的校正元件在超快电子显微衍射光束线。要做到这一点，我们产生精确的4维相空间地图的射频压缩电子束，并找到良好的协议与无像差的空间电荷模拟。最后，我们讨论了探针形成孔径的作用，可以发挥在改善与可观的空间电荷效应的聚束的亮度。
2022-07-27 physics.acc-ph
ESRF-type lattice design and optimization for the High Energy Photon Source
新一代基于存储环的光源--衍射限制存储环（DLSR），由于其具有多弯消色差晶格，发射度接近多keV光子的衍射极限，引起了世界范围内广泛的研究。在各种DLSR提案中，ESRF开发的混合多弯曲消色差概念预测了一种有效的方法，可以最大限度地减少发射度，同时保持所需的六极强度达到可实现的水平。针对北京计划建造的高能光子源，提出了一种ESRF型的栅格设计，它由48个混合七弯消色差透镜组成，发射度低至60 pm.rad，周长约1296 m。足够的动态孔径承诺垂直轴上注入和适度的动量接受同时实现了一个有前途的环性能。
2015-06-08 physics.acc-ph
Beam dynamics of the superconducting wiggler on the SSRF storage ring
在SSRF第二阶段光束线项目中，超导摇摆器（SW）将安装在电子储存环中。由于强磁场的存在，可能会对束流动力学产生很大的影响。即使对束流光学进行了很好的校正，发射度的增长也成为一个主要问题。为了抑制发射度的增长，保持SSRF储存环的良好性能，研究了一种局域消色差晶格。对SW的其他影响也进行了仿真和优化，包括β拍频、调谐偏移、动态孔径和场误差影响。
2015-07-08 physics.acc-ph
Optics studies of a Muon Accumulator Ring based on FFA cells
高强度、高能量、低发射度的μ子束的产生对于可能的μ子对撞机是很有意义的。意大利国家核子物理研究所（INFN）的低发射率μ子加速器（LEMMA）团队正在研究从高能正电子束中产生22.5 GeV的低发射率μ子束，其能量是μ子能量的两倍撞击固定薄目标。LEMMA方案提出从多个（$10^2$到$10^3$）正电子束团执行μ子累积，以增加单个μ子束团的数量，该单个μ子束团使用两个小的累积器环（每个μ子种类一个）再循环通过靶。这三束电子束（能量为22.5 GeV的$μ^+$和$μ^-$以及两倍于μ子能量的$e^+$）在每个正电子束团相互作用时在靶处共享相同的相空间，在保留的束发射度内产生新的μ子。研究了利用固定场交替梯度弧（FFA）使μ子在靶上再循环的累积器的要求和光学设计。结果，我们实现了具有两个相互作用点的紧凑的230 m长的累积器，能量接受度为$\pm5$ %，在目标$β^*_μ=20$ cm处的低扭曲β函数，以及对于几种材料选项，足以容纳辐射长度$X_0$的1%的20 cm的漂移空间2 $L^*$。这些光学参数是用类似于FCC或CLIC等新对撞机所预见的磁体获得的，并且可以用新的磁体设计进一步扩展。目前的μ子积累结果将作为束组合研究的输入。
2020-11-23 physics.acc-ph
Design Study of APSU Type Hybrid MBA Lattice for Mid Energy DLSR
近年来，被称为衍射极限存储环（DLSR）的新一代基于存储环的光源已经在全世界范围内引起了极大的关注，DLSR的发射度接近科学界感兴趣的X射线波长范围的衍射极限。研究人员已经开始设计和建造DLSR。在各种DLSR的建议，混合多弯消色差（HMBA）晶格使六极强度保持在一个合理的水平时，最小化的发射度，因此，它已被采用在许多DLSR的设计。先进光子源升级计划（APSU）的设计基于H7BA晶格，通过用反弯取代六个四极子，可以有效地降低发射度。在这里，我们讨论了为南方先进光子源设计APSU型HMBA晶格的可行性，南方先进光子源是一种具有超低发射度的中能DLSR光源，已被提议与中国空间中子源相邻建造。线性和非线性动力学进行优化，以获得这种类型的晶格的详细设计。发射度被最小化，同时保持足够大的动态孔径（DA）和动量接受度（MA）。设计包括36个APSU型H7BA，能量为3 GeV，周长为972 m。水平自然发射度为20 pm rad，水平DA为5.8 mm，垂直DA为4.5 mm，MA为4%，以及120 ms的长纵向阻尼时间。随后，基于APSU型晶格进行了一些修改，以将纵向阻尼时间从120 ms减少到44 ms，同时保持其他性能参数处于同一水平。
2021-05-30 physics.acc-ph
Coupling periodic-cell and finite-bunch dynamics for structured photocathodes
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步辐射中心）
提出一种耦合周期单元与有限束团动力学的方法，通过结合有限平面阴极计算与周期差异计算，高效模拟结构化光电阴极的束流特性，在保持精度的同时大幅降低计算成本。
2026-09-11 physics.acc-ph
Improving the nonlinear performance of the HEPS baseline design with genetic algorithm
提出了高能光子源的基线设计方案，其发射度为60 μ m·rad，周长为1.3公里。然而，该设计的非线性性能需要进一步改进，以扩大动态孔径和动量接收。在这项研究中，遗传优化的线性光学进行，以便找到所有可能的解决方案，较弱的六极，因此较弱的非线性，同时保持发射度在同一水平的基线设计。这些得到的解决方案，使我们能够探索非线性动力学的工作点的依赖关系。结果表明，在相同的布局下，通过精确调节磁场强度和合理选择工作点，可以获得更好的非线性性能。
2015-09-30 physics.acc-ph
Long Term Dynamics and Stability Studies for the High-energy Electron Cooler
Cornell University（康奈尔大学）；Brookahven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室）
针对电子-离子对撞机中环电子冷却器（REC）的非线性动力学问题，通过优化聚焦摆动器场、色品校正、轨道校正和空间电荷效应，实现了超过5σ的横向和纵向动态孔径，验证了REC在所需冷却参数下的可行性。
2026-06-16 physics.acc-ph
Low emittance electron beam generation from a laser wakefield accelerator using two laser pulses with different wavelengths
利用多维粒子模拟方法研究了在长波长激光驱动的非线性尾流场中，短波长激光脉冲触发的电离注入。我们发现，非常明亮的电子束可以产生通过这种双色方案在共线传播或横向碰撞几何。对于固定的激光强度$I$，具有较长/较短波长$λ$的激光具有较大/较小的有质动力势（$\propto I λ^2$）。双色方案利用这一特性将注入过程与尾流场激发过程分离。通过使用较长波长的激光驱动器（例如，$10 \micro\meter$ CO $_2$激光器），由于其非常大的有质动力势，可以在相对低的激光强度下产生非常强的尾流。另一方面，短波长激光可以在尾流内部产生具有非常小的剩余动量（$p_\perp\sim a_0\sim \sqrt{I}λ$）的电子，导致具有非常小的归一化发射度（$\nano\meter$的数十）的电子束。使用粒子模拟，我们表明，一个$\sim10 \femto\second$电子束与$\sim4 \pico\coulomb$的电荷和$\sim 50 \nano\meter$的归一化发射率，可以通过结合一个10 $\micro\meter $驱动激光与400 $\nano\meter$注入激光，这是一个以上的数量级的改进时，获得的典型结果相比，一个单一的波长的激光用于尾迹形成和电离注入。
2014-02-21 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Hybrid multi-bend achromat lattice with sextupole cancellation across straight section
混合多弯消色差（HMBA）晶格的概念被用于一些衍射限制储存环的设计中，它可以允许相对大的动量动力学孔径和相对弱的六极。在一个典型的HMBA晶格中，主弧段受到横向相位推进的约束，使得-I变换用于六极相消。本文提出了一种新的六极相消的HMBA晶格概念，其中-I是在两个晶格单元的相邻色散凸点之间产生的。这使得主弧段不受相位超前约束，结果，可以容易地改变晶格单元中的弯曲磁体（弯曲）的数量和单元调谐，从而为晶格设计提供更多的选择。为了在这个新概念中实现-I所需的大相位提前，分裂弯曲被用作匹配弯曲，其是分裂成两部分的弯曲，在两部分之间具有四极。分裂弯曲还用于降低发射度，并且大的相位提前还在直线部分中给出低β函数，从而增强插入装置亮度。此外，对于给定的发射度目标，这种新的HMBA晶格可以比典型的HMBA晶格具有更少的弯曲，这是由于弯曲单元格中的更强聚焦，这有利于节省空间和抑制束内散射效应。以两个格为例说明了这一新概念，并给出了它的线性和非线性性质，同时讨论了它的进一步推广。
2022-12-04 physics.acc-ph
The Dynamic Aperture and the High Multipole Limit
跟踪研究表明，对于一个晶格的元素都有一个单场多极本，所有具有相同的顺序k，动态孔径接近非零极限时，k变得非常大。当k变大时，晶格的动态孔径和其他性质将被称为高多极极限。它将被证明，高多极极限提供了一个合理的估计的动态孔径的加速器，和其他属性的高多极极限下面找到的是有用的理解的稳定性的加速器。高多极极限很容易计算，它也提供了一个估计多少可以获得通过校正低场多极。上述结果将通过对简单单胞晶格和具有六个低β插入的RHIC晶格的跟踪研究来说明。
1998-04-24 physics.acc-ph
Phase Space Dynamics of Ionization Injection in Plasma Based Accelerators
采用理论和粒子模拟方法研究了等离子体尾流场中电离诱导注入过程中束流相空间的演化。注入过程导致特殊的纵向和横向相位混合，导致最初的快速发射度增长，然后振荡，衰减，并最终缓慢增长到饱和。这种演变的分析理论，包括注入距离（时间），加速距离，尾场结构，和非线性空间电荷力的影响。在低和高空间电荷制度的发射度的公式。通过PIC模拟验证了理论，并获得了良好的协议。这项工作显示了如何超低发射率光束可以使用电离诱导注入产生。
2013-06-18 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Narrow bandwidth, low-emittance positron beams from a laser-wakefield accelerator
本文实验演示了具备窄带宽、低发射度和飞秒时长的激光驱动超相对论正电子源，并通过模拟证明其可注入并加速于等离子体尾波场。
2023-07-11 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Novel Double Triple Bend Achromat (DTBA) lattice design for a next generation 3 GeV Synchrotron Light Source
双三弯消色差（DTBA）晶格\cite{DTBAipac16}是新一代3 GeV同步辐射光源的新型晶格设计。从ESRF开发的混合多弯曲消色差（HMBA）晶格~ \cite{ESRF}的修改开始，并受到Diamond开发的双双弯曲消色差（DDBA）晶格~ \cite{Diamond1, Diamond2}的启发，DTBA结合了两种细胞的优点。典型的MBA晶格单元具有专用于插入装置的一个直线部分，而这种新的单元布局具有两个这样的漂移，从而增加了用于安装插入装置的可用空间的比例。DTBA晶格实现$\sim\mathrm{132~pm}$的发射度、$\mathrm{\sim\pm10\pm1~mm}$的动态孔径（在注入点处计算）、$\mathrm{\sim\mathrm88\pm5\%}$的注入效率和具有误差的$\mathrm{1.4\pm0.2~h}$的寿命。DTBA的特点，线性和非线性光学优化的方法和结果，有和没有误差的存在下，详细介绍。
2018-07-18 physics.acc-ph
Lattice with Smaller Momentum Compaction Factor for PEP-II High Energy Ring
目前，PEP-Ⅱ束团长度和相互作用点（IP）处的垂直β函数的大小大致相同。为了增加亮度，计划逐步减少IP beta功能。为了获得最大的效果，还必须减小聚束长度，以最大限度地减少IP处沙漏效应引起的亮度损失。减小束团长度的方法之一是减小动量压缩因子。本文讨论了高能环的一种晶格方案，其中四个弧中的标称60度单元被90度单元取代，以减少30%的动量压缩因子和16%的束团长度。在90度单元中增加的聚焦由于减小的色散和较大的色度而导致40%更强的弧四极和150%更强的弧六极。跟踪模拟预测，该晶格的动态孔径将超过10倍的RMS大小的完全耦合光束的水平发射度为30 nm和IP β函数为1厘米。晶格修改和模拟结果。
2003-05-20 physics.acc-ph
Design of a radio-frequency photoinjector for generating relativistic vortex electron beams
ITMO University（ITMO大学）；Joint Institute for Nuclear Research（联合核研究所）；Budker Institute of Nuclear Physics, Siberian Branch of RAS（俄罗斯科学院西伯利亚分院布德KER核物理研究所）；Institute of Nuclear Physics（核物理研究所）
本文通过经典和量子模拟研究微波光注入器测试台，优化参数以获得稳定的电子束，并验证了加速涡旋电子束的可行性。
2026-11-04 physics.acc-ph physics.atom-ph
A particle-in-cell model of beam dynamics in a dielectric wall accelerator
McGill University Health Centre（麦吉尔大学健康中心）；McGill University（麦吉尔大学）；TRIUMF（特丽尔姆夫实验室）；University of Victoria（维多利亚大学）；Princess Margaret Cancer Centre（玛格丽特公主癌症中心）；University Health Network（联合卫生网络）；University of Toronto（多伦多大学）
本研究针对介质壁加速器（DWA）的束流动力学，在粒子-in-cell代码Warp中实现了三维轴对称电磁场模型，经与线性光学模型验证，可解析壁相互作用等效应，为DWA的逼真研究提供基础。
2026-09-02 physics.acc-ph
