Quasi-Integrable Nonlinear Optics Experiment at IOTA
S. A. Antipov, S. Nagaitsev, A. Valishev
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。
At Integrable Optics Test Accelerator it is possible to create a nonlinear focusing optics with one invariant of motion using just conventional magnets. 6D simulations show that this will allow to achieve a tune spread of 0.05 without significant reduction of dynamic aperture.
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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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。
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。
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。
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。
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。
Proton Dynamics Scenarios in the Integrable Optics Test Accelerator (IOTA) at Fermilab
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。
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。
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。
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。
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。
Electron Cooling with Space-Charge Dominated Proton Beams at Iota
我们描述了一个新的电子冷却器正在开发的2.5兆电子伏的质子在集成光学测试加速器（IOTA），这是一个高度可重新配置的存储环在费米实验室。该系统将使磁化电子冷却的研究在强烈的空间电荷与横向调谐位移接近-0.5，以及高度非线性聚焦光学IOTA环的存在。我们提出了一个概述的设计，模拟和硬件用于这个项目。
Conceptual Design Report: Optical Stochastic Cooling at IOTA
本文介绍了今年晚些时候在费米实验室IOTA环进行的光学随机冷却实验的设计报告的期刊版本。讨论了实验所依据的理论、束流参数、对储存环系统的主要要求以及实验实施的技术细节。
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。
Space Charge Driven Emittance Growth and the Effect of Octupoles in IOTA
费米实验室的可积光学测试加速器（IOTA）是一台小型机器，致力于广泛的前沿加速器物理计划。该计划的一个重要方面是研究可集成光学器件实现的共振自由调谐扩展的潜在好处，以存储和加速空间电荷重要的高强度质子束。在这方面，质子束流发射度增长和粒子损失机制的良好理解是必不可少的。假设标称设计参数，模拟表明，对于聚束束，发射度增长的大部分发生后立即注入，通常在几十圈。我们试图用一个简化的RMS失配理论来解释这种增长，并简要讨论了它的一些局限性和可能的改进。然后，我们将理论预测与使用PIC代码pyORBIT进行的模拟进行比较。为了进一步探索减缓发射度增长和减少粒子损失的方法，我们比较了两种光束匹配策略：（1）在注入点匹配（2）在$β_x = β_y$的非线性（八极）插入区域中心匹配。为了观察非线性如何影响发射度的增长，以及它是否占主导地位的增长，由于失配，我们跟踪两个不同的分布。最后，我们探讨了在准可积配置中使用八极子的潜力，以减轻使用各种初始分布在减少和全强度的增长。
Thermionic Sources For Electron Cooling At IOTA
我们正在设计和制造两个新的磁化电子的电子源，用于费米实验室集成光学测试加速器（IOTA）的电子透镜项目。这些电子源将用于在强空间电荷存在下冷却2.5 MeV质子。此外，我们正在芝加哥大学建造一个电子源测试台，以验证电子源的电、热和真空特性。本文介绍了用于电子冷却的超导电子源和试验台的研究进展和今后的工作。
IOTA Proton Injector Beamline Installation
本文介绍了正在费米实验室安装的 IOTA 质子注入器束流线，该束流线能向 IOTA 环提供 2.5 MeV、20 mA 的质子脉冲，预计 2023 年首次出束，以支持基础物理研究与新型加速器技术开发。
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。
Status of the IOTA Proton Injector
本文介绍了正在FAST设施安装的IOTA质子注入器（IPI）的运行概况、已知挑战及当前安装状态，该机器将向IOTA环提供2.5 MeV、20 mA质子脉冲，以支持束流物理研究与新型加速器技术开发。
Modeling Transverse Space Charge effects in IOTA with pyORBIT
空间电荷效应的作用和缓解是费米实验室集成光学测试加速器（IOTA）进行的束流物理研究的重要方面。非线性可积性（部分和完全）对空间电荷驱动的非相干和相干共振的影响将是该加速器的一个新特征，并有可能影响未来低能质子同步加速器的设计。在这份报告中，我们使用PIC代码pyORBIT模型的横向空间电荷效应。首先，我们对MADX单粒子跟踪结果进行基准测试，检查辛性，调谐足迹和动态孔径在一个特殊的八极弦插入实现的部分可积晶格。我们的空间电荷计算开始检查的4D辛。首先用初始裸晶格进行短期跟踪，然后用均方根值与空间电荷进行匹配。接下来，我们探讨了缓慢的初始化电荷作为一种技术，建立稳定的状态，并减少发射度增长和光束损失注入到失配晶格。我们建立的空间电荷模拟参数的值，以确保数值收敛。最后，我们比较了模拟的空间电荷引起的调谐位移和足迹对理论。
Statistical properties of undulator radiation in the IOTA storage ring
我们研究了安装在费米实验室可积光学测试加速器（IOTA）电子储存环中的波荡器自发发射光子数的逐圈波动。提出了一个理论模型，示出了由于光发射的离散性和来自聚束中不同电子的场的非相干总和的相对贡献。该模型与布鲁克海文以前的实验和我们在IOTA进行的新实验进行了比较。我们的实验集中在大量的纵向和横向辐射模式的情况下，一个政权的光子散粒噪声是显着的波动的总幅度是非常小的。实验和数据分析技术，需要达到所需的灵敏度，详细说明。我们讨论了模型和实验如何提供对这种发射机制的见解，使小光束尺寸的诊断，并提高我们对IOTA中光束寿命的理解。
Electron Cooling Experiment for Proton Beams with Intense Space-charge in IOTA
电子冷却作为产生强离子束的方法，当涉及到在实践中可以实现的离子束的峰值相空间密度时，具有实际的上限。我们描述了一个新的实验，研究电子冷却的2.5兆电子伏的质子在强度极限使用集成光学测试加速器（IOTA），这是一个存储环，致力于在费米实验室的束物理研究。该系统将使研究磁化电子冷却的质子束的横向非相干调谐位移接近-0.5，由于强烈的空间电荷力的存在。我们提出了一个概述的硬件设计，模拟和具体的实验计划，这个项目。
Numerical Modeling of a Proof-of-Principle Experiment on Optical Stochastic Cooling at the IOTA Electron Storage Ring
本文在ELEGANT程序中实现了光学随机冷却的数值模型，并用IOTA实验数据验证，为未来OSC配置及自场束流操控模拟提供了工具。
Testing of Advanced Technique For Linear Lattice and Closed Orbit Correction By Modeling Its Application For IOTA Ring At Fermilab
许多现代和未来的加速器依赖于精确的晶格和轨道配置。费米实验室的集成光学测试加速器（IOTA）即将进入最后的建设阶段，将用于测试粒子动力学控制的先进方法。IOTA计划进行的各种实验需要高灵活性的网格配置以及高精度的网格和闭合轨道控制。密集的元件放置不允许具有用于所有计划实验的诊断和校正器的理想配置。为了克服这种局限性，提出了先进的晶格分析方法，也可以有益于其他机器。所开发的算法是基于LOCO方法，扩展了各种其他的实验数据，如色散，BPM到BPM的相位提前，光束形状的信息，从同步光监视器，闭合轨道颠簸的响应聚焦元件的变化和其他。大量的随机种子误差的修正的广泛建模被用来说明发达的方法的好处。
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。
Analog Signal Multiplexing System for the Iota Proton Injector
本文提出了一种用于IOTA质子注入机的模拟信号复用系统，旨在降低运营成本并优化机架空间，通过实时读取磁校正器参数提升系统性能。
Adaptive Matching Of The IOTA Ring Linear Optics For Space Charge Compensation
许多现在和未来的加速器必须与高强度的光束时，空间电荷力引起的扭曲是其中的主要限制因素。每单元大于约0.1的Betatron调谐降低导致线性光学器件的显著失真。机器操作的许多方面取决于晶格函数和相位提前之间的适当关系，并且可以通过适当处理空间电荷效应来改进。在费米实验室IOTA环的线性近似下，我们实现了一种完全考虑空间电荷的自适应线性晶格重匹配算法。该方法是基于搜索的初始二阶矩，给出封闭的解决方案，并在同一时间，满足预定义的一组目标的发射度，β函数，分散体和相位提前点之间的利益。基于迭代奇异值分解的技术被用来搜索通过改变广泛的模型参数的最优。
Optical Stochastic Cooling Experiment At The Fermilab IOTA Ring
束流冷却可以增加峰值和平均亮度，并显着扩大对撞机的发现潜力;因此，它是任何现代设计不可或缺的组成部分。光学随机冷却（OSC）是一种高带宽的光束冷却技术，它将使目前最先进的随机冷却速率提高三个数量级以上。它是一项使能技术，可用于下一代在能量和强度前沿的发现科学机器，包括强子和电子离子对撞机。本文介绍了我们的实验工作，以证明OSC在集成光学测试加速器（IOTA）环，先进的光束物理概念和技术，目前正在费米实验室的测试平台的状态。我们最近的努力集中在为最终工程和制造做准备的集成设计的开发上。本文还提出了比较的理论计算和数值模拟的拾取波荡器辐射及其相互作用的电子踢波荡器。
Proton beam dynamics in bare IOTA with intense space-charge
本文研究强空间电荷下裸 IOTA 中的质子束动力学，通过 Xsuite、PyORBIT 和 MADX 模拟代码比较横向空间电荷模型下的发射度增长和束流损失，发现核心相空间密度预测一致性在 2 倍以内，但尾部分布和束流损失差异显著。
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。
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。
Low-alpha Operation of the Iota Storage Ring
本文研究费米实验室IOTA储存环的超低动量压缩运行，开发了利用线性光学与高阶磁铁补偿降低压缩因子的方法，实现了低至 $3.4\ imes10^{-4}$ 的动量压缩，深化了对IOTA光学的实验理解。
Space-Charge Simulation of Integrable Rapid Cycling Synchrotron
可积光学是粒子加速器设计中的一项创新，它能够实现强非线性聚焦而不产生参量共振。我们使用Synergia跟踪代码来研究可积光学在高强度强子环中的应用。我们考虑一个可积的快速循环同步加速器（iRCS），旨在取代费米实验室助推器。我们发现，将集成到设计中抑制了由不匹配的KV光束产生的光束晕。我们的iRCS设计包括现代环设计的其他功能，如低动量压缩因子和谐波抵消六极。可积晶格中高强度光束的实验测试将在未来几年内在费米实验室可积光学测试加速器（IOTA）和马里兰大学电子环（UMER）进行。
IOTA Experiment for Proton Pulse Compression at Extreme Space-Charge
IOTA实验通过优化射频参数和晶格配置，研究极空间电荷条件下质子束的纵向压缩及横向上束流质量的保持。
Ionization Profile Monitors for the IOTA Storage Ring at Fermilab
本文介绍了费米实验室IOTA储存环中一对新型电离剖面监测器的设计，采用离子收集、双微通道板和校准泄漏增压，以在2.5 MeV质子束下实现非破坏性剖面测量。
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。
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。
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。
Design of double- and multi-bend achromat lattices with large dynamic aperture and approximate invariants
研究了一种设计具有近似运动不变量的非线性双弯和多弯消色差（DBA和MBA）晶格的数值方法。寻找这种非线性晶格的动机是费米实验室的可积光学测试加速器（IOTA），其设计基于具有两个运动不变量的可积哈密顿系统。虽然不可能为专用同步加速器光源储存环设计具有一个或多个精确运动不变量的消色差晶格，但可以调谐现有DBA和MBA晶格中的六极子和八极子以产生近似不变量。在我们的过程中，晶格调谐，同时最大限度地减少轮流的Courant-Snyder行动$J_x$和$J_y$在几个不同的幅度波动，同时最大限度地减少扩散的能量电子感应加速器的曲调。由此产生的晶格共享一些重要的功能与可积的，如一个大的动态孔径，轨迹局限于不变的环面，鲁棒性共振和错误，和一个大的振幅依赖的调谐扩展。与标称NSLS-II晶格相比，单束团和多束团不稳定性阈值增加，逐束团反馈增益可以降低。
Hamiltonian preserving nonlinear optics
在本文中，我们提出了一种方法来构建一个非线性加速器晶格，具有一个近似的运动积分，是预先给定的。所考虑的积分是归一化（正则）坐标中的哈密顿量，其由具有给定精度的晶格保持。我们建立了一个连接之间的积分器的归一化坐标的哈密顿和一个真正的透镜安排。我们应用已知的高阶辛积分算法，产生几个非线性晶格，并表明这种方法可以提高IOTA和UMER设施考虑的非线性插入的设计。我们还提出了新的晶格设计的基础上的吉田积分。
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。
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。
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。
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。
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。
Operational Experience of the NML Cryogenic Plant at the FAST Test Facility
本文介绍了FAST设施中NML低温装置的组成与运行经验，涵盖其冷却系统、加速器配置及四次科学运行的可用性指标、性能数据和常见故障。
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。
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。
Experimental Demonstration of a Two-Dimensional Nonlinear Integrable System in a Particle Accelerator
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。
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。
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