Beam-Based Diagnostics of Electric Guide Fields and Lattice Parameters for Run-1 of the Muon g-2 Storage Ring at Fermilab
Muon g-2储存环电子系统的一部分，它提供垂直束聚焦，表现出意想不到的时间依赖性，产生了一个特征的演变过程中运行-1的Muon g-2实验在费米实验室（E989）的存储束。基于μ子储存环的数值模型和COSY INFINITY软件支持的优化算法，提出了一种重建Run-1电导场的方法。该方法以Muon g-2秸秆跟踪探测器的束流剖面测量值作为输入，并产生完全重建的随时间变化的场。然后，这些场可用于再现详细的光束跟踪模拟，并计算用于验收研究和系统误差评估的环晶格参数。
2022-11-16 physics.acc-ph
A Comparison of Storage Ring Modeling with COSY INFINITY, ZGOUBI, and MAD8
目前，人们对利用储存环来寻找强子的电偶极矩（EDM）产生了极大的兴趣。这就需要利用储存环作为精密测量装置。理解储存环的详细行为的一部分来自于对边缘场的仔细分析，但是各种可用的跟踪代码在模拟这种行为的能力上是不同的。这是本文的目的是调查这些差异。
2015-03-06 physics.acc-ph
Machine learning enabled fast evaluation of dynamic aperture for storage ring accelerators
对于任何基于储存环的大型科学设施，最重要的性能参数之一是动态孔径（DA），它以全局方式测量带电粒子的运动稳定性。到目前为止，长期跟踪模拟被认为是最可靠的方法来计算DA。然而，数值跟踪可能会成为一个重要的问题，特别是当大量的候选设计的存储环需要进行评估。在本文中，我们提出了一种新的基于机器学习的方法，它可以减少DA跟踪的计算成本约一个数量级，同时保持足够高的评估精度。此外，我们证明了这种方法是独立的存储环的具体物理模型。这种方法具有潜在的应用于识别其他复杂动力系统中的不规则运动的类似问题。
2021-10-22 physics.acc-ph physics.comp-ph
Sympletic tracking methods for insertion devices: a Robinson wiggler example
现代同步加速器光源通常以来自插入装置的高亮度同步辐射为特征。不可避免地，插入装置将非线性失真引入到射束运动。辛跟踪对于研究撞击是至关重要的，特别是对于低能量和中等能量的储存环。本文以Robinson摆动器为例，介绍了一种普遍适用的磁场解析表示，并总结了四种不同的辛跟踪方法。
2022-10-11 physics.acc-ph
A tracking algorithm for the stable spin polarization field in storage rings using stroboscopic averaging
极化质子从未被加速到超过约$25$ GeV。为了在RHIC（250 GeV）、HERA（820 GeV）和TEVATRON（900 GeV）中实现极化质子束，需要加速器物理学的新思想和新技术。在本出版物中，我们将强调非常高能量的极化质子束的一个重要方面，即事实上，平衡极化方向可以在高能实验的相互作用区域内的整个束上发生实质性变化时，不采取对策。这种偏振方向的发散不仅会减少粒子物理实验可用的平均偏振，而且还会使检测器中分析的每次碰撞中涉及的偏振强烈依赖于相互作用粒子的相空间位置。为了分析和补偿这种效应，需要计算平衡偏振方向的方法。在本文中，我们介绍了频闪平均的方法，它计算这个方向在一个非常有效的方式。由于只需要跟踪数据，我们的方法可以很容易地实现在现有的自旋跟踪程序。几个例子证明了自旋发散的重要性和频闪平均的适用性。
1996-05-17 acc-phys physics.acc-ph
Electric Dipole Moment Measurements at Storage Rings
亚原子粒子的电偶极矩被认为是研究标准模型之外CP破坏的最有力的工具之一。这种CP破坏机制的搜索，以解释在我们的宇宙中的反物质的物质的主导地位。本文讨论储存环中带电强子的EDM搜索。该文件侧重于德国于利希研究中心现有储存环COSY的活动，以及能够展示关键技术和部件的100米周长原型环的设计。这些包括同时顺时针和逆时针操作的静电弯曲元件和通过添加磁场，冻结自旋技术的电子束。
2022-03-22 hep-ex physics.acc-ph
Calculation of the dynamic aperture in the ANKA storage ring with a high-field wavelength shifter
三阶跟踪计算表明，基于商用12T分裂对螺线管的波长移位器与ANKA储存环是兼容的
1996-09-05 acc-phys physics.acc-ph
Some notes on beam dynamics due to vertical oscillations in an all-electric storage ring
最近在arXiv [1]上发布了一份文件，描述了用于EDM（电偶极矩）储存环数值积分算法精度测试的粒子跟踪模拟分析公式和结果。在全电储存环的背景下，作者引用了Orlov的理论公式[2]。然而，提到奥尔洛夫是在2012年的一个研讨会上的一次谈话，并且没有发表，独立研究人员很难访问和验证。本文利用Hamilton形式重新推导和推广了Orlov的一些主要结果，并修正了Orlov的注[2]和arXiv文章[1]中的一些细节。
2015-03-27 physics.acc-ph
Systematic errors related to quadrupole misplacement in an all-electric storage ring for proton EDM experiment
在储存环电火花加工实验中，由于垂直电场与磁偶极矩的耦合作用，静电元件的错位会产生假信号。垂直错位的四极子引入与其错位成比例的电场，在存储期间在粒子的静止坐标系中周期性地变化。这导致在每转时垂直自旋分量的积累。我们研究了这种影响，模拟质子在一个全电环与几个四极场景。事实证明，四极杆的错位是一个关键的项目，以保持控制，我们提出了几种方法。这些措施包括调谐RF腔的频率，使用额外的校正四极杆和使用具有较弱聚焦强度的四极杆。
2017-09-05 hep-ex physics.acc-ph
Conceptual Design of a Low-Energy Ion Beam Storage Ring and a Recoil Separator to Study Radiative Neutron Capture by Radioactive Ions
Hanyang University（汉阳大学）；TRIUMF（特留姆夫实验室）；Simon Fraser University（西蒙菲莎大学）
本文提出了一种低能离子存储环及回收分离器的概念设计，用于通过离子光学计算和粒子跟踪模拟研究放射性离子的辐射中子捕获反应。
2023-12-19 physics.acc-ph
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。
2023-06-15 physics.acc-ph
Nonlinear Dynamical Behaviors of the Equilibrium Longitudinal Distribution by Localized Wakes in an Electron Storage Ring
研究了定常尾迹和线性尾迹对平衡状态下纵向流束分布的影响。我们还研究了当环中同时存在恒定尾流和线性尾流时，复合尾流对颗粒分布的影响。当系统在参数空间中运动时，会出现分岔现象和周期状态之间的过渡特征。本文利用高斯近似下的多粒子跟踪方法研究了光束的动力学状态。他们表现出良好的定性一致性。
2004-12-04 physics.acc-ph
Longitudinal single-bunch instabilities driven by coherent undulator radiation in the cavity modulator of a steady-state microbunching storage ring
最近提出了一种基于稳态微聚束的储存环运行机制，该机制包含一个激光腔调制器，为循环微聚束提供纵向聚焦。本文分析了相干波荡器辐射对纵向单束团多圈集体动力学的影响，探讨了一种新的可能的不稳定性机制。我们制定的多匝运动方程的单个微束团作为两套差分方程的调制器和在剩余的存储环。色散方程可以通过引入波荡器平均相空间坐标得到。预测的不稳定性增长率显示出合理的协议与数值逐圈跟踪模拟提供的基本假设的有效性。该分析为研究相干波荡器辐射驱动的腔调制器多匝不稳定性提供了一定的理论依据。这种新的不稳定性机制和罗宾逊不稳定性在传统的基于射频的存储环之间的差异进行了讨论。
2022-05-31 physics.acc-ph
High-Precision Storage Ring for g-2 of the Muon and Possible Applications in Particle and Heavy Ion Physics
本文介绍了美国布鲁克海文国家实验室（BNL）为精确测量μ子磁异常而建立的一个具有1.45T高均匀磁场和弱静电聚焦的新型超铁磁储存环。环形存储体积具有7米的半径和9厘米的直径。基于H $_2$ O中质子的脉冲NMR的精确磁场测定在存储区域内各处产生优于0.1 ppm的场。使用该装置进行的后续实验已经被建议用于搜索有限质量的μ子中微子，并以显着提高的精度搜索μ子的电偶极矩。磁场的高度均匀性表明，这种装置也可以用作较重粒子的质谱仪。
1998-05-14 physics.acc-ph physics.atom-ph
A Multi-length Bunches Design for Electron Storage Rings with Odd Buckets
提出了一种利用两个超导射频腔（sc腔）将奇数桶电子储存环升级为多束长电子储存环的方案。本文以合肥光源二号（HLS Ⅱ）为例，介绍了奇数桶的情况。根据45个桶，其是3的倍数，在目前应用的用户光学器件中提出了同时产生的三个不同长度的聚束。最终的结果是，在没有低α光学器件的情况下，用50 ps长的长束团、23 ps的中束团和6 ps的短束团填充HLS II。每个第三桶可以填充短束，其中电流限制高达6.6 mA，是低α模式值的60倍以上。此外，本文还介绍了用ELEGANT软件对束流动力学进行的粒子跟踪和束流不稳定性的计算。
2014-09-11 physics.acc-ph
Simulation of the transit-time optical stochastic cooling process in the Cornell Electron Storage Ring
在康奈尔电子储存环（CESR）的光学随机冷却的演示准备，我们已经开发了一个粒子跟踪模拟研究相关的束流动力学。在拾取波荡器中发射的光学辐射对反冲波荡器中的相同粒子给予动量反冲。从拾取器到反冲器的电子旁路的光学器件将电子感应加速器振幅和动量偏移耦合到路径长度，使得动量反冲减小发射度和动量扩散。附近的电子产生非相干噪声。旁路线的布局，提出了适应光学与一系列的横向和纵向冷却参数。模拟是用来确定冷却速率和它们的依赖于束和晶格参数的旁路光学具有不同的发射度和动量接受。
2021-06-24 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
Equilibrium of longitudinal bunch distributions in storage rings with arbitrary impedance sources and generic filling patterns
提出一种计算储存环中任意填充模式与阻抗源下稳态束流感应电压的自洽半解析方法，经SIRIUS参数验证，并用于评估宽带阻抗影响及被动高次谐波腔对Touschek寿命的改善。
2023-09-14 physics.acc-ph
Storage-ring Electron Cooler for Relativistic Ion Beams
由于电子冷却效率随能量的降低以及产生和加速高电流高质量电子束的困难，在离子能量高于几GeV时电子冷却的应用受到限制。高电流储存环电子冷却器通过自然发生的电子束的同步辐射阻尼来保持高冷却束质量，从而提供了对这两个问题的解决方案。然而，可以使用存储环电子冷却的离子能量范围受到低离子能量下的低电子束阻尼率和高离子能量下的高平衡电子能量扩展的限制。本文报道了一种基于储存环的冷却器的发展，该冷却器由具有显著不同能量的两个部分组成：冷却部分和阻尼部分。调整冷却段中的电子能量和其它参数，以最佳地冷却所存储的离子束。调整阻尼部分中的电子束参数以使电子束的阻尼最佳。必要的能量差由能量回收SRF结构提供。给出了这种储存环制冷机的线性光学系统原型和初始跟踪模拟，并讨论了相干同步辐射和光束分裂等潜在问题。
2016-05-09 physics.acc-ph
CETASim: A numerical tool for beam collective effect study in storage rings
CETASim是一个用C++开发的6D多粒子跟踪程序，用于模拟存储环中的束团集体效应，支持尾场不稳定性、离子效应和反馈阻尼，并已应用于PETRA-IV存储环。
2024-03-16 physics.acc-ph
Analytic Derivation of Vertical Chromaticity in the Fermilab Muon $g{-}2$ Storage Ring
Michigan State University（密歇根州立大学）；Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）
通过哈密顿量泰勒展开和逐阶积分，解析推导了费米实验室μ子$g{-}2$存储环的垂直色度$\xi_y$，并与COSY INFINITY数值计算在$10^{-11}$精度内一致。
2026-06-05 math-ph math.MP physics.acc-ph
Longitudinal dynamics with RF phase modulation in the LNLS electron storage ring
在巴西的同步加速器光源，我们观察到，调制的相位的加速场在大约两倍的同步频率抑制非常好的纵向耦合束流模式驱动的高阶模式（HOM）的射频（RF）腔之一。在这项工作中，我们提出了一组系统的测量结果，在单和多束模式，旨在表征RF相位调制的影响的光束。我们比较这些实验的跟踪模拟和理论模型的结果，其中朗道阻尼是稳定的机制，解释了抑制的纵向耦合束不稳定。我们还测量了通过相位调制在纵向相空间中产生的稳定岛的频率和作为调制频率和幅度的函数的纵向束传递函数（BTF）。实验结果与理论预期相符。
2006-10-11 physics.acc-ph
Practical aspects of transverse resonance island buckets at the Cornell Electron Storage Ring: design, control and application
本文提出一种在康奈尔电子储存环6-GeV格架中优化动力学和动量孔径并保持横向共振岛桶（TRIBs）形成条件的新方法，通过降维与优化算法设计旋钮控制TRIBs，并经模拟与实验验证，还提出了单岛驱动方案及应用前景。
2024-11-12 physics.acc-ph
Lattice design and experimental studies of nonlinear resonance at the Cornell Electron Storage Ring
本文研究存储环中非线性共振导致的横向共振岛（TRIBs）形成条件，为CESR设计6-GeV晶格并实验验证了TRIBs的存在与旋转，与理论计算一致。
2023-10-11 physics.acc-ph
A Monte-Carlo simulation of the equilibrium beam polarization in ultra-high energy electron (positron) storage rings
随着最近全球对建造下一代圆形电子-正电子对撞机以研究希格斯玻色子的性质以及粒子物理学中超高束能量的其他重要课题的兴趣，追求在该能量尺度上实现偏振束的可能性也很重要。因此，有必要建立模拟工具来评估这些超高光束能量下的光束偏振。本文利用多形跟踪码（PTC）（Schmidt et al.，2002年[1]。模拟是针对一个模型储存环，其参数类似于在该能量范围内提出的圆形对撞机的参数，并将其与建议（Derbenev等人，1978 [2]），在超高束能量的同步辐射存在下，存在作为束偏振基础的自旋动力学的不同状态。特别地，已经提出，在当前能量下的同步加速器振荡期间的自旋共振的所谓“相关”交叉在超高能量下演变成自旋共振的“不相关”交叉。
2015-05-16 physics.acc-ph
The Bloch equation for spin dynamics in electron storage rings: computational and theoretical aspects
在本文中，我们描述了我们的工作在高能电子存储环的自旋极化，我们的基础上的极化密度的布洛赫方程，并针对未来的圆形对撞机（FCC-ee）和拟议的圆形电子正电子对撞机（CEPC）的e-/e+选项。Bloch方程考虑了由同步辐射引起的非自旋翻转和自旋翻转效应，包括自旋扩散效应和Sokolov-Ternov效应及其Baier-Katkov推广，以及动力学偏振效应。该数学模型是基于Derbenev-Kondratenko公式的标准数学模型的替代方案。对于我们的数值和分析研究的布洛赫方程，我们开发了一个近似后者，以获得一个有效的布洛赫方程。这是通过找到第三个数学模型的基础上的随机微分方程系统的布洛赫方程，并通过近似该系统的平均方法从微扰常微分方程理论。我们也给出了我们的算法的概述数值积分的有效布洛赫方程。该方法利用谱方法对相空间进行离散，并利用高阶半隐式的Runge-Kutta方法对时间进行离散。我们还讨论了第三个数学模型的相关性自旋跟踪。
2020-07-29 physics.acc-ph
Analytical Benchmarks for Precision Particle Tracking in Electric and Magnetic Rings
精密储存环实验需要一套用于跟踪程序的分析基准。为了确定精确的跟踪程序在电和磁环的准确性，各种分析估计的环中的粒子和自旋动力学，并比较跟踪模拟的数值结果。初步比较中的差异表明，有几项分析估计数需要改进。作为一个例子，我们发现四阶Runge-Kutta/Predictor-Corrector方法速度慢但准确，并且它通过了所有测试基准，通常达到十亿分之一的水平。因此，基于四阶龙格-库塔/预测-校正积分的高精度分析估计和跟踪程序可以用于基准测试更快的跟踪程序的准确性。
2015-05-17 hep-ph physics.acc-ph
Analytical Estimations of the Chromaticity and Corrections to the Spin Precession Frequency in Weak Focusing Magnetic Storage Rings
理解束流和自旋动力学是加速器物理学的基础，随着强度前沿中更高精度的粒子物理实验的出现，人们对更精确地估计束流和自旋动力学变量的兴趣越来越大。本文对最简单的粒子加速器：弱垂直聚焦的圆形磁储存环中的一些重要变量，如束流横向色度和自旋进动频率偏置，给出了解析估计。我们试图精确地从小的电子感应加速器振荡或动量色散获得下一阶近似，通过高精度的自旋跟踪模拟验证。我们还讨论了一种潜在的方法来抑制自旋进动频率偏置，相关的实验可能会发现有益的。
2022-02-20 hep-ex physics.acc-ph
A Collimation System Baseline Design for the Electron Storage Ring at the Electron-Ion Collider
Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室）；SLAC National Accelerator Laboratory（斯坦福直线加速器中心）
本文提出了一种电子离子对撞机电子存储环的束流校正系统基础设计，旨在减少高流强电子存储环中由于超导最终聚焦磁铁和敏感探测器引起的束流损失，通过降低束流-气体和Touschek散射引起的相互作用区域束流损失几个数量级，同时保持探测器背景和低温机柜热负荷在可接受范围内。
2026-06-03 physics.acc-ph
Simulations and measurements of the impact of collective effects on dynamic aperture
我们描述了一个基准研究的集体和非线性动力学在APS储存环。在尾流场计算中假设了一个1mm长的束团，并在Elegant模拟中进行了沿环分布尾流场分量的逐单元粒子跟踪。Elegant模拟结果与实验测量结果的误差小于5
2017-12-03 physics.acc-ph
The Cryogenic Storage Ring CSR
设计、建造了一个静电低温储存环CSR，用于储存单位电荷动能达300 keV的阴离子和阳离子束流。周长为35米的离子束真空室和所有束流光学都在低温恒温器中，并由封闭循环液氦系统冷却。在环内温度低至（5.5 $\pm$ 1）K时，原子和分子、阴离子和阳离子束在60 keV的能量下的存储时间常数为几分钟到几乎一个小时。通过一个电容拾取系统研究了离子束强度、能量依赖的闭合轨道位移（色散）和机器的聚焦特性。存储的离子的肖特基噪声谱显示在1000 s的时间尺度上的动量分布的加宽。存储的阴离子的光剥离中使用的束寿命测量。通过阴离子与残余气体分子的碰撞的脱离率被发现是非常低的。导出了低于140 cm $^{-3}$的残余气体密度，相当于低于10 $^{-14}$ mbar的室温压力。在低温环境中长时间储存的快速原子、分子和团簇离子束将使人们能够利用合并和交叉的光子和粒子束，对已知内部量子态中离子的碰撞和辐射诱导碎裂过程进行实验。
2016-06-05 physics.acc-ph physics.atm-clus physics.atom-ph
