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
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
Advanced storage ring lattice options based on hybrid six-bend achromat for Stanford Synchrotron Radiation Lightsource upgrade
本文为 SSRL 升级提出三种基于 H6BA 单元、适配 SPEAR3、SLAC 绿地及 PEP-II 场址的储存环晶格，通过透明匹配与数值优化实现超低发射度、优良非线性动力学、离轴注入及相当或更优束流寿命。
2024-01-26 physics.acc-ph
Second-Order Achromats with Arbitrary Linear Transfer Matrices
在这篇文章中，我们考虑一个系统，其中一个弯曲的磁铁块安排在一个消色差的方式，其次是一个直的漂移四极细胞，这不是一个纯粹的漂移空间。我们制定的必要条件和充分条件，这个系统是一个二阶消色差，并表明，它可以实现使用六个，四个，甚至只有两个sextupole家庭。
2011-07-14 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
Dynamic Aperture Studies for SPEAR 3
SSRL正在研究一个加速器升级项目，以取代目前的130 nm rad FODO晶格与18 nm rad双弯曲消色差晶格：SPRAD3。在本文中，我们审查的方法，以最大限度地提高SPATI3动态孔径，包括优化线性光学，电子感应加速器调整，色度和耦合校正，和机器误差和插入装置的影响。
2001-06-20 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
Low emittance lattice design from first principles: reverse bending and longitudinal gradient bends
弛豫理论最小发射度（TME）盒是设计新一代衍射极限存储环多弯消色差（MBA）晶格的常用方法。但是，通过在周期性晶格晶胞中组合纵向梯度弯曲（LGB）和反向弯曲（RB），可以在中等聚焦特性下实现显著较低的发射度。然而，单独的LGBs收益相当有限。我们调查的发射度实现不同的单元格类作为一个功能的细胞相位提前在一个最一般的框架，即与最小的假设，对特定的细胞光学。每种情况下都说明了一个实际的例子，一个现实的晶格细胞，最终导致的LGB/RB单元格的基线晶格的瑞士光源的升级。
2018-10-26 physics.acc-ph
Achieving 50 femtosecond resolution in MeV ultrafast electron diffraction with a double bend achromat compressor
提出并论证了一种产生超短、超稳定MeV电子束的新方案。在该方案中，在光阴极射频（rf）枪中产生的电子束首先在其自身的库仑力下膨胀，利用该库仑力在束纵向相空间中压印正能量啁啾。然后将束发送通过具有正纵向色散的双弯曲消色差透镜，其中具有较低能量的聚束尾部的电子遵循较短的路径，从而赶上聚束头部，导致纵向聚束压缩。我们表明，与优化的参数设置，从电子源到压缩点的整个束路径可以作出isoorthogonal的电子束的飞行时间是免疫的射频振幅的波动。利用激光驱动的太赫兹偏转器，测量了20 fC光束压缩后的束团长度和到达时间抖动分别为29 fs（FWHM）和22 fs（FWHM）。这种超短和超稳定的电子束使我们能够在MeV超快电子衍射中实现50飞秒（FWHM）的分辨率，其中在2.6 THz处清楚地观察到对应于Bismuth A1g模式的晶格振荡，而无需校正短期定时抖动和长期定时漂移。此外，由于提高了时间分辨率和增加了电子通量，与声子耦合和衰减相关的振荡弱漫散射信号也被清楚地解析。我们预计，这项技术将有一个强大的影响，在新兴的超短电子束为基础的设施和应用。
2020-03-18 cond-mat.mtrl-sci physics.acc-ph physics.atm-clus
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
The Mathieu unit cell as a template for low emittance lattices
多弯曲消色差透镜（MBA），这往往是作为现代低发射率储存环的构建块，是由重复的单位细胞具有优化的光学功能，在消色差中心的低发射率，以及端部细胞的色散和光学匹配插入设备。在这项工作中，我们描述了最简单的稳定类的单位细胞的基础上的纵向傅立叶展开，变换希尔方程Mathieu方程。由此产生的细胞类具有连续变化的偶极和四极矩沿光束路径。虽然这个基本模型是由只有三个参数定义的，它捕获了大量的概念，应用在MBA的设计。这是特别有趣的，因为Mathieu细胞可以被看作是Christofilos的交替梯度聚焦的原始模型的基本扩展，而它们的正弦弯曲和聚焦功能有助于未来在类似波动器的结构中的应用。Mathieu单元可用于估计合理单元调谐的范围，并强调纵向梯度弯曲和反向弯曲的组合，以及强水平聚焦以达到低于经典理论最小发射度单元的发射度。此外，在这个模型中，最低的发射率伴随着小的绝对动量压缩因子。
2021-02-24 physics.acc-ph
Minimizing the fluctuation of resonance driving terms in dynamic aperture optimization
动态孔径（DA）是储存环晶格的一个重要的非线性特性，它对束流注入效率和束流寿命有着重要的影响。一般来说，最小化共振驱动项（RDTs）和振幅相关的调谐位移是扩大DA的必要条件。在本文中，我们研究的RDTs沿环的波动和DA面积与双弯和多弯消色差晶格之间的相关性。结果发现，最小化RDT的波动是更有效的比最小化RDT本身在扩大DA，因此可以作为一个非常强大的指标在DA优化。此外，它被发现，最小化低阶RDT波动也可以减少高阶RDT，这不仅是更复杂的计算，而且更多。控制RDT涨落在扩大DA方面的有效性证实了在某些衍射限制储存环晶格中使用的非线性效应的局部抵消比全局抵消更有效。
2023-03-27 physics.acc-ph
Commissioning of a compact multibend achromat lattice: A new 3 GeV synchrotron radiation facility
本文介绍日本3 GeV同步辐射光源NanoTerasu的半年调试、四弯铁消色散储存环与关键创新技术，并报告160 mA首次用户运行及所得参数。
2024-07-12 hep-ex physics.acc-ph
Multi-objective optimization of the dynamic aperture for the Swiss Light Source upgrade
瑞士光源的升级称为SLS 2.0，计划于2023-24年进行。目前的储存环将被一个基于多弯曲消色差镜的储存环取代，亮度将提高约30倍。由于更强的聚焦和所需的色度补偿，找到一个合理的大动态孔径（DA）注入，以及足够的光束寿命的能量接受，是具有挑战性的。为了最大限度地提高DA和延长光束寿命，我们结合了著名的跟踪代码tracy与大规模并行实现的多目标遗传算法（MOGA），并进一步扩展这与约束处理方法。然后，我们优化两个晶格的磁体配置：将在调试阶段（阶段1）使用的晶格，以及将在完成阶段（阶段2）使用的晶格。最后，我们展示并进一步分析了所选择的磁体配置，并在相1晶格的情况下将其与预先存在的手动优化解决方案进行比较。
2020-02-20 physics.acc-ph
Variable Field Bending Magnets for Recirculating Linacs
本文提出了一种在循环直线加速器中实现束流再循环的廉价而实用的方法--单孔超导变场偏转磁体格子。它示出的VFBM的可以被配置为提供强聚焦在两个横向平面的整个范围内的束流动量传输的晶格。
1999-07-17 physics.acc-ph
Design and optimization of the NSLS-II lattice with complex bend replacement
Brookhaven National Laboratory（布鲁海文国家实验室）
针对NSLS-II升级，本文提出用永磁复杂弯铁替换两个电磁偶极子，完成线性光学设计、非线性优化及误差评估，验证了足够的动力学孔径和束流孔径要求。
2026-09-09 physics.acc-ph
PEPX-type lattice design and optimization for the High Energy Photon Source
新一代的基于存储环的光源，即衍射限制存储环（DLSR），由于采用了多弯消色差晶格，其发射度接近多keV光子的衍射极限，引起了世界范围内多个实验室的广泛研究，并被认为是近期升级现有设备的目标。在各种DLSR方案中，基于三阶消色差概念并具有高β注入直段的特殊设计的PEPX设计表明，在DLSR中实现足够的环接受离轴注入是可行的。为北京计划建设的高能光子源，设计并不断改进PEPX型晶格。在本文中，我们报告的PEPX型设计的演变，并讨论了有关的线性光学设计和非线性优化的主要问题。
2014-11-21 physics.acc-ph
Weak focusing low emittance storage ring with large 6d dynamic aperture based on canted cosine theta magnet technology
研制了一种具有大6D动态孔径的低发射度电子储存环。与使用具有优化的（和大的）水平相位提前的强聚焦磁单元的传统方法相反，其产生巨大的自然色度，我们采用了相对弱的聚焦晶格，每个单元具有低色度，因此具有宽的开和关动量动态孔径。弱聚焦发射度增长是不可避免的，我们通过将晶格切成许多短的、弯曲角度小的基本周期单元来进行补偿。为了减小尺寸，我们叠加聚焦梯度和色度补偿六极分量的偶极子场利用超导磁体的基础上倾斜余弦θ（CCT）绕组技术。其结果是一个模型晶格与50 μ m的水平发射度在3 GeV的光束能量，400-500米的周长和大6D孔径。
2019-06-24 physics.acc-ph
Suppression of Coherent Synchrotron Radiation-Induced Emittance Growth in a Multi-Bend Deflection Line
针对高亮度电子束输运中相干同步辐射导致的发射度增长问题，提出基于反向晶格的优化方法，设计四弯消色差结构，可同时抑制稳态和序列漂移中的CSR效应，仿真验证峰值电流3000A下大角度偏转时发射度几乎不变。
2024-05-24 physics.acc-ph
Beam dynamics performance of the proposed PETRA IV storage ring
针对PETRA IV同步辐射升级项目的设计收尾阶段，研究提出基于H6BA单元的储存环磁聚焦结构，评估其束流动力学性能，并探讨大尺寸低发射度环的设计挑战与机遇。
2024-08-15 physics.acc-ph
Multiobjective optimization of the dynamic aperture for SLS 2.0 using surrogate models based on artificial neural networks
现代同步加速器光源储存环，如瑞士光源升级（SLS 2.0），在其弧段中使用多弯曲消色差镜，以实现前所未有的亮度。这种性能是以增加聚焦要求为代价的，这又需要更强的六极和高阶多极场进行补偿，并导致动态孔径和/或能量接受度的显著降低。在本文中，增加这两个数量，多目标遗传算法（MOGA）相结合的修改版本的著名的跟踪代码特雷西。作为第一种方法，使用MOGA的大规模并行实现。与手动获得的解决方案相比，这种方法产生了非常好的结果。然而，它需要很长的计算时间。作为第二种方法，基于人工神经网络的代理模型被用于优化。这提高了计算时间，但结果质量恶化。作为第三种方法，在优化期间重新训练代理模型。这确保了与第一种方法获得的解质量相当的解质量，同时还提供了一个数量级的加速。最后，SLS 2.0的良好候选解决方案，并进一步分析。
2020-08-10 physics.acc-ph physics.comp-ph
Multi-beam-energy operation for the continuous-wave x-ray free electron laser
宽谱段多波荡器线的并联运行是提高X射线自由电子激光（XFEL）装置效率的重要途径，特别是对于高重复率的XFEL装置。本文提出了一种基于四个双弯消色差透镜的延迟系统，用以延迟电子束，从而改变延迟电子束在系统后面加速结构中的到达时间。与冲击器相结合，该延迟系统可用于连续波XFEL装置中产生团间能量变化的电子束。基于上海高重复率XFEL和极轻装置参数的开始到结束的模拟表明，延迟系统可以灵活地控制电子束能量从1.48到8.74 GeV在直线加速器的末端。
2019-07-22 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
Design and performance of coded aperture optical elements for the CESR-TA x-ray beam size monitor
描述了CESR-TA储存环X射线束流尺寸监测器（xBSM）的光学元件的设计和性能。xBSM是一种测量$e^+$和$e^-$束流尺寸的装置。该装置可以在$\sim2-5~$ GeV的$e^\pm$束流能量下逐圈、逐束测量$10-100~μ$ m的垂直束流尺寸。由硬弯磁铁产生的X射线通过单缝或多缝（编码孔径）光学元件到达探测器。编码孔径狭缝图案和形成该图案的掩模材料的厚度都可以被调谐以获得最佳分辨率。我们描述了几个这样的光学元件，并显示如何以及简单的模型跟踪测量性能的预测。
2014-08-14 physics.acc-ph physics.ins-det
Optimizing the lattice design for a diffraction-limited storage ring with a rational combination of particle swarm and genetic algorithms
在由紧凑型多弯消色差元件（MBAs）组成的衍射限制储存环（DLSR）设计中，由于元件参数的极大非线性和有限的调谐范围，同时实现超低发射度和令人满意的非线性性能具有挑战性。然而，以高能光子源（HEPS）为例，我们证明了DLSR设计的潜力可以探索与粒子群优化（PSO）和多目标遗传算法（MOGA）的连续和迭代实现。结果表明，采用混合MBA晶格，HEPS可以获得约50 pm.rad的自然发射度，同时，采用轴上纵向注入方案，可以实现足够的环形接受束流积累。特别是，这项研究表明，一个合理的组合粒子群算法和MOGA是更有效的比他们单独接近真正的全局最优解，探索多目标问题的许多优化变量和局部最优。
2016-05-17 physics.acc-ph
Uni-layer magnets: a new concept for LTS and HTS based superconducting magnets
本文提出了一种新的几何结构，即单层磁体，该结构利用非对称电流分布，利用连续的理想电流线，在单层磁体中形成垂直于孔的磁场。这个想法是比较现有的概念，在超导磁体，即，$\cosθ$部门磁铁，应力管理$\cosθ$和倾斜的$\cosθ$。单层磁体允许具有连续单位长度（无层跳跃）的设计，以及相对于传统的$\cosθ$和倾斜的$\cosθ$设计增加的导体的最小弯曲半径。单层设计的特定特性对于应变敏感且易于绕组退化的高温超导体在非常高的场加速器磁体应用中是特别有利的，其中需要导体的高使用效率和小孔径。还讨论了单层磁体的设计和制造相对于其他概念的优点。
2022-12-15 physics.acc-ph
Optics design of the Super Tau-Charm Facility collider rings
针对STCF高亮度低能对撞中的强非线性难题，提出准两重对称磁聚焦结构并用PAMKIT多目标遗传算法优化，以提升动力学孔径、动量带宽和束流寿命。
2025-07-25 physics.acc-ph
Multi-objective optimization of longitudinal injection based on a multi-frequency RF system for fourth-generation storage ring-based light sources
在第四代储存环光源（4GLS）中，由于多弯消色差透镜设计中固有的极强非线性，其动态接受度通常较小，难以实现传统的离轴局部凸点注入。为满足动态验收要求，探索了轴向纵向注水方案。本文以我国自主研制的4GLS-南方先进光子源为例，对多频射频系统的纵向注入进行了多目标优化设计。我们表明，通过治疗的最佳束延长条件作为一个优化目标，而不是一个条件，必须满足，可以找到大量的可行的候选解决方案，显示不同的权衡之间的多个目标。从这些候选解决方案中，可以找到最适合于特定4GLS物理设计和注入喷射器的可用技术水平的最佳RF参数设置。特别地，在由双频RF系统实现的静态桶内实现纵向注入是可行的，这为4GLS提出了有吸引力的纵向注入选项。
2022-07-09 physics.acc-ph
Lattice design of a storage-ring-based light source for generating high-power fully coherent EUV radiation
本文提出一种基于DBA磁聚焦结构和12台超导扭摆器的储存环设计，结合旁路线与ADM机制，实现约0.8 nm自然发射度和数百瓦级高功率全相干EUV辐射。
2025-11-06 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
Dynamic motion trajectory control with nanoradian accuracy for multi-element X-ray optical systems via laser interferometry
针对新型X射线源对光学系统精度的严苛要求，本研究将干涉测量与差分波前传感光学计量整合进运动控制系统，在X射线腔原型上实现亚微弧度动态控制，为下一代腔基X射线自由电子激光提供支撑。
2024-03-21 physics.acc-ph physics.ins-det physics.optics
Terahertz-based longitudinal phase space diagnostics of laser wakefield accelerated electron beams
Tsinghua University（清华大学）；Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）；Beijing Academy of Quantum Information Sciences（北京量子信息科学研究院）
本研究采用太赫兹横向偏转腔结合偶极磁铁，实现了激光尾场加速电子束纵向相空间的高分辨率诊断，揭示了能量窗口参数对束团时长的调控规律，为优化压缩电子束提供了策略。
2026-08-11 physics.acc-ph physics.plasm-ph
