A Sensitivity Study for a MICE Liquid Hydrogen Absorber
国际μ子电离冷却实验（MICE）致力于研究能够为中微子工厂提供所需性能的μ子冷却通道。目标之一是实现高达0.1%的发射度降低测量的绝对精度。本文介绍了Monte Carlo方法对满足测量精度要求的液氢允许密度变化的研究结果。
2004-11-08 physics.acc-ph
Progress of the MICE experiment
国际μ子电离冷却实验（MICE）将对μ子束的电离冷却进行系统的研究。该演示基于中微子工厂冷却通道的简化版本。由于发射度测量将在逐粒子的基础上进行，因此已经开发了复杂的束流仪器来测量粒子坐标和定时与RF。μ子束线的特点和初步测量的束流发射度，使用粒子的粒子方法，只有飞行时间探测器系统，已执行（MICE步骤I）。2015年，决定冷却性能的特性研究（MICE步骤IV）的数据采集刚刚开始，而再加速电离冷却的演示预计将于2017年进行。
2015-10-29 physics.acc-ph physics.ins-det
First Demonstration of Ionization Cooling in MICE
卢瑟福阿普尔顿实验室的μ子电离冷却实验（MICE）研究了μ子的电离冷却。几百万个单独的μ介子轨道已经记录通过一系列的聚焦磁铁和液氢或氢化锂吸收剂在各种磁性配置。识别和测量μ子轨道的上游和下游的吸收体被用来研究的4D发射度的演变。本文介绍并讨论了这些结果。
2018-06-05 physics.acc-ph
Recent results from MICE on multiple Coulomb scattering and energy loss
低发射度的μ子束为中微子工厂的强烈的、特征良好的中微子束和μ子对撞机上的多TeV轻子-反轻子碰撞提供了基础。国际μ子电离冷却实验（MICE）将演示电离冷却，这是一种减少μ子束所占相空间体积的技术。MICE是通过一系列步骤构建的。数据是在2016年和2017年在Step~IV配置中获取的，该配置经过优化，用于研究液氢和氢化锂的性质。将描述正在进行的分析的初步结果。
2018-05-18 physics.acc-ph
Phase Space Density Evolution in MICE
μ子电离冷却实验（MICE）将证明电离冷却的可行性，该技术被提议在未来的中微子工厂或μ子对撞机中冷却μ子束。MICE跟踪器中单个μ子的位置和动量重建允许除了束流发射度之外的替代品质因数的发展。由样品的一部分占据的相空间体积的收缩，或等效地在其核心处的相空间密度的增加，是明确的冷却特征。单粒子振幅和非参数统计提供了可靠的方法来估计相空间密度函数。这些技术对传输损耗和非线性具有鲁棒性，使其最适合在MICE中执行定量冷却测量。
2018-06-12 physics.acc-ph
MICE: the Muon Ionization Cooling Experiment. Step I: First Measurement of Emittance with Particle Physics Detectors
μ子电离冷却实验（MICE）是一个战略研发项目，旨在展示为中微子工厂或μ子对撞机提供所需高亮度光束的唯一实用解决方案。MICE正在联合王国的Rutherford Appleton实验室（RAL）开发。它包括一个专用的光束线，以产生一系列的输入μ子发射度和动量，飞行时间和切伦科夫探测器，以确保纯μ子束。入射光束的发射度将在上游磁谱仪中用一个旋转的光纤跟踪器测量。然后，冷却单元将跟随，将液氢（LH2）吸收器中的能量损失与RF腔加速交替。与第一个相同的第二个光谱仪和第二个μ子识别系统将测量出射发射度。在2010年的运行中，在RAL的μ子束线和大多数探测器完全调试，并进行了第一次测量的μ子束的发射率与粒子物理（飞行时间）探测器。这些数据的分析是最近完成的，本文进行了讨论。未来的步骤MICE，其中束流发射度和发射度降低（冷却），以更高的精度进行测量，也提出了。
2013-07-30 hep-ex physics.acc-ph
MICE Particle Identification Systems
卢瑟福阿普尔顿实验室（RAL）正在建造国际μ子电离冷却实验（MICE），以证明μ子束电离冷却的可行性。这是发展介子对撞机和基于储存环中介子衰变的中微子工厂所需的主要技术步骤之一。MICE将使用粒子探测器来高精度地测量冷却效果，实现0.1%或更好的发射率测量精度。粒子ID探测器和跟踪器必须在由于高的磁边缘场和RF噪声而导致的恶劣环境条件下工作。我们将简要描述MICE粒子i. d。探测器系统，并显示这些探测器的一些当前性能测量。
2009-10-07 physics.acc-ph physics.ins-det
Analytical model for the uncorrelated emittance evolution of externally injected beams in plasma-based accelerators
本文介绍了一种计算外注入等离子体尾场加速器束流矩和横向发射度的解析方法。然后将这种形式主义应用于两种复杂性不断增加的情况-没有能量增益的单个光束切片和具有能量增益的单个光束切片，两者都在驱动器后面的固定共同移动位置处传播。所得到的结果进行比较，粒子在细胞（PIC）模拟以及使用半解析数值方法（SANA）得到的结果。我们发现，从分析模型和SANA和PIC的结果之间非常吻合。
2018-02-12 physics.acc-ph
Emittance Growth in a Plasma Wakefield Accelerator
研究了见证光束与周围等离子体粒子和尾场的相互作用。讨论了弹性散射过程对束流发射度的影响以及在等离子体尾场聚焦和加速作用下束流发射度的演化。本文给出了GEANT4的仿真结果。
2015-05-11 physics.acc-ph
Design and expected performance of the MICE demonstration of ionization cooling
低发射度的μ子束提供了强烈的、特征良好的中微子束的基础，这些中微子束是在中微子工厂阐明味道物理学所必需的，也是在μ子对撞机上提供能量高达几TeV的轻子-反轻子碰撞所必需的。国际μ子电离冷却实验（MICE）的目的是演示电离冷却，提出通过这种技术来减少μ子束在这些设施中所占据的相空间体积。在电离冷却通道中，μ子束穿过一种材料，并在其中损失能量。然后使用RF腔体来替换损失的能量。能量损失和再加速的组合效应是减少束的横向发射率（横向冷却）。2014年夏季对项目范围进行了重大修订。修改后的实验可以提供电离冷却的演示。冷却演示实验的设计将与其预测的冷却性能一起描述。
2017-01-27 physics.acc-ph
Emittance growth of kicked and mismatched beams due to amplitude-dependent tune shift
我们推导出演化方程的第一和第二时刻的初始失配，耦合，和位移的任意高斯相空间分布的影响下，由于振幅相关的调谐移位的退相干。此外，我们发现表达式的光束矩阵和发射度的渐近值，并使用它们来评估注射的误差容限。
2022-04-28 physics.acc-ph
Knife-edge based measurement of the 4D transverse phase space of electron beams with picometer-scale emittance
高亮度电子束的精确操纵需要粒子相空间形状和演化的详细知识。随着超快电子脉冲变得更亮，新的操作机制变得可用，发射度值在皮米范围内，对潜在的科学应用产生巨大影响。在这里，我们提出了一种新的表征方法，这样的光束和实验证明其重建的4D横向束矩阵的强关联电子束的能力与亚纳米发射度和亚微米光斑尺寸，在LBNL的HiRES光束线产生。我们的工作将超快电子加速器诊断的范围扩展到皮米范围的发射度值，为复杂的纳米级电子束操纵技术开辟了道路。
2019-03-29 physics.acc-ph
First particle-by-particle measurement of emittance in the Muon Ionization Cooling Experiment
μ子电离冷却实验（MICE）合作旨在证明电离冷却的可行性，该技术被提议在未来的中微子工厂或μ子对撞机中冷却μ子束。发射度是从通过实验的μ子集合中测量的。一个纯μ介子系综选择使用粒子识别系统，可以有效地拒绝π介子和电子。利用高精度光纤跟踪器在4T螺线管磁场中测量了每个μ子的位置和动量。本文介绍了用于重建相空间分布的技术，并报告了第一个粒子的测量MICE μ子束的发射度作为μ子束动量的函数。
2019-03-26 physics.acc-ph physics.ins-det
Emittance increase caused by core depletion in collisions
本文提出了一种新的效应，它改变了圆对撞机中对撞束流运行时的发射度。如果初始横向分布为高斯分布，则粒子在束芯中的碰撞概率比在束尾中的碰撞概率高得多。当小振幅粒子被移除时，剩余的粒子因此具有较大的横向发射度。这种效应被称为核心耗尽，可能会导致光度下降。一个近似的分析模型来研究的效果和基准对多粒子跟踪模拟。最后计算了欧洲核子研究中心（CERN）大型强子对撞机（LHC）中铅束团的强度和发射度随时间的演化，并考虑了碰撞以外的其它过程。计算结果表明，如果考虑到地核贫化，积分亮度将下降3- 4%。实验次数越多，纤芯耗尽导致横向发射度越大。一旦大型强子对撞机投入运行，这一观测结果就可以与实验数据进行核对。
2009-11-30 physics.acc-ph
Four-dimensional emittance measurement at the Spallation Neutron Source
具有椭圆横向剖面、均匀电荷密度和小横向四维（4D）发射度的滑行强子束可以在多种情况下提高加速器性能。一种产生这种分布的相空间绘制方法正在Spanish中子源（SNS）收集器环中进行测试。这些努力的一个关键组成部分是在积累过程中测量光束的4D发射率。可以通过两种方式从测量的光束轮廓重建4D发射度：在多光学器件方法中，重建和测量位置之间的光学器件是变化的;在固定光学器件方法中，使用多个测量位置而不修改光学器件。固定光学方法更快，但可能导致重建的4D发射度的大的不确定性。在本文中，我们实现了一个变种的多光学方法使用四个可用的线扫描仪附近的SNS目标。我们还修改了线扫描器区域以降低固定光学方法的不确定性。然后，我们证明了有用的固定光学方法重建的4D发射度的演变过程中积累在SNS环。
2022-07-24 physics.acc-ph
Performance of the MICE diagnostic system
低发射度的μ子束为中微子工厂的强烈的、特征良好的中微子束和μ子对撞机上的多TeV轻子-反轻子碰撞提供了基础。国际μ子电离冷却实验（MICE）已经证明了电离冷却的原理，该技术被提议用于减少μ子束在此类设施中占据的相空间体积。本文介绍了MICE中用于测量μ子束流参数的探测器的性能，以及液氢能量吸收器在运行过程中的物理特性。
2021-08-16 physics.acc-ph
Study on the injection optimization and transverse coupling for CSNS/RCS
中国超导中子源注入系统采用H-剥离相空间涂敷法，用小发射度的直线加速器束流填充大环形接受腔。研究了不同注入参数（如注入发射度、开始注入时间、扭转参数和动量分布）下，注入过程中发射度的变化、束流损失和准直效率，得到了最佳注入参数。此外，还对影响发射度演化和束流损失的相空间涂敷方案进行了数值模拟，得到了相空间涂敷的优化范围。注入凸点的电源会产生抖动，并给出了抖动效应。为了研究横向耦合，研究了不同的电子感应加速器调谐和动量扩散的注入过程。
2012-10-17 physics.acc-ph
Bunch evolution study in optimization of MeV ultrafast electron diffraction
兆电子伏超快电子衍射（UED）是一种很有前途的超快过程检测工具。衍射像的质量取决于探测束团的横向演化。本文采用椭球分布的平均场模型和粒子跟踪模拟，研究了MeV UED方案中发射度和空间电荷效应对束团演化的影响。小的横向尺寸的驱动激光器被发现是关键的，以提高倒数分辨率，利用更小的发射度和更大的横向聚束尺寸的螺线管之前。空间电荷效应引起的倒空间分辨率的降低应加以小心控制。
2014-01-07 physics.acc-ph
New Design Study and Related Experimental Program for the LCLS RF Photoinjector
我们报告的结果，最近的光束动力学研究，动机是需要重新设计的LCLS的光注入器，导致发现一个新的有效的工作点的分裂RF光注入器。我们考虑了空间电荷束的发射度补偿机制：通过增加螺线管强度，发射度在漂移区呈现双极小行为。如果助推器位于相对发射度最大值和包络腰部出现的地方，第二个发射度最小值可以被转移到助推器出口，并冻结在一个非常低的水平（0.3毫米mrad的1 nC平顶聚束），在一定程度上，不变的包络匹配条件得到满足。驻波结构或嵌入长螺线管的行波结构都是升压直线加速器的候选者。仔细测量的发射度的演变作为在漂移区的位置的函数是必要的，以验证计算和实验确定适当的位置的助推器腔。新的设计研究和支持的实验计划正在进行中的SLAC枪测试设备进行了讨论。
2000-07-14 physics.acc-ph
Self-consistent treatment of Intra Beam Scattering, betatron coupling, and vertical dispersion in fourth generation light sources
Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH (HZB)（亥姆霍兹柏林材料与能源有限公司）；Paul Scherrer Institut（保罗谢尔研究所）；CERN（欧洲核子研究中心）
本文研究第四代光源中束内散射、betatron耦合和垂直发散的自洽处理，通过建立偏微分方程框架，分析束流发散的稳态和时间演化，考虑同步辐射、量子激发、betatron耦合、垂直发散和束内散射的相互作用。
2026-04-02 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
Direct Measurement of Focusing Fields in Active Plasma Lenses
有源等离子体透镜具有使基于等离子体的加速器的广泛应用成为可能的潜力，这是由于其紧凑的设计和径向对称的kT/m级聚焦场，促进了束流质量保持和紧凑的束流传输。我们报告的直接测量磁场梯度的有源等离子体透镜，并证明其对带电粒子束的发射度的影响。这是可能的，通过使用一个良好的特征电子束与1.4毫米毫拉德标准化发射率从传统的加速器。场梯度高达823 T/m的调查。所观察到的发射度的演变是支持数值模拟，这表明在这样的等离子体透镜设置的核心束流发射度的守恒的潜力。
2018-09-21 physics.acc-ph
Characterisation of the muon beams for the Muon Ionisation Cooling Experiment
发展了一种测量发射度的新的单粒子技术，并用于测量17种不同的μ子束，用于μ子电离冷却实验（MICE）。μ子束的平均动量为171 ~ 281 MeV/c，水平发射度约为1.5--2.3 π mm rad，垂直发射度约为0.6--1.0 π mm rad，水平色散约为90--190 mm，动量扩散约为25 MeV/c。有合理的协议之间的测量参数的光束和模拟的结果。梁被发现满足MICE的要求。
2013-10-11 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
HE-LHC beam-parameters, optics and beam-dynamics issues
高能LHC（HE-LHC）应该碰撞两个16.5 TeV能量的质子束，在LHC隧道中循环。我们讨论的主要参数的选择，以及一些光学和光束动力学问题，特别是时间演化的发射度，光束光束的调谐位移和光度，有和没有控制的发射度爆破，考虑到各种约束，和四极磁铁参数弧和相互作用区域。
2011-08-08 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
Transverse Emittance Reduction in Muon Beams by Ionization Cooling
本文通过MICE实验观测到μ子束穿越吸收体后横向发射度降低，验证了电离冷却技术，为高亮度μ子束设施的实现迈出关键一步。
2023-10-13 hep-ex physics.acc-ph
Anomalous beam diffusion near beam-beam synchro-betatron resonances
本文研究了束-束互作用在交叉角下驱动的低阶同步电子感应加速器共振附近的扩散过程。计算了束流发射度、寿命和束流剖面等宏观观测量。随后是微观量的详细研究，例如几个初始横向振幅和单粒子概率分布函数的方差的演变。我们提出的证据表明，所观察到的扩散是异常的，动力学遵循非马尔可夫连续时间随机游走过程。我们推导出一个修正的主方程来代替作用角空间中的Chapman-Kolmogorov方程和一个分数阶扩散方程来描述这类过程的密度演化。
2012-05-16 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
Evolution of a beam dynamics model for the transport lines in a proton therapy facility
尽管事实上，一阶束流动力学模型允许近似评价的束流特性，其贡献是必不可少的概念设计过程中的加速器或束线。然而，在试运行期间，在与测量值的比较中出现了一些局限性。因此，需要将线性模型扩展到高阶效应。在本文中，粒子-物质相互作用的影响已被列入模型的质子治疗设施在瑞士保罗Scherrer研究所（PSI）的传输线。为了提高性能的设施，需要一个更精确的模型，并已开发的多粒子开源束动力学代码称为OPAL（面向对象的粒子加速器库）。在OPAL中，库仑散射和能量损失的蒙特卡罗模拟与粒子跟踪无缝地进行。在新模型中，除了线性光学元件外，还可以分析无源元件（如降能器、准直器、散射箔和气隙）对束流发射度和能量扩散的影响。这允许显著提高射束传输和射束特性的预测精度。OPAL模型的准确性已经被大量的测量所证实。
2017-11-14 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
Time evolution of the luminosity of colliding heavy-ion beams in BNL Relativistic Heavy Ion Collider and CERN Large Hadron Collider
我们研究了BNL的相对论重离子对撞机（RHIC）和CERN的大型强子对撞机（LHC）中重离子亮度和聚束强度的时间演化。首先，我们提出了大量的RHIC商店（从运行7），碰撞100 GeV/核子金束无随机冷却的测量。这些是比较两种不同的计算方法。第一种是基于多粒子跟踪的模拟，考虑到碰撞、束内散射、辐射阻尼以及同步加速器和电子感应加速器运动。在第二，更快的方法，一个系统的常微分方程的术语描述相应的影响，对发射度和聚束人口的数值求解。跟踪方法的结果与RHIC数据吻合得很好。与更快的方法，发现显着的差异，因为粒子的损失扩散出的RF桶由于束内散射没有足够准确地建模。最后，我们使用这两种方法来预测未来的铅束在LHC注入和碰撞能量的时间演化。对这台机器来说，这两种方法很吻合。
2010-09-08 nucl-ex physics.acc-ph
