Online measurement of the energy spread of multi-turn beam in the Fermilab Booster at injection
我们已经开发了一个计算机程序接口的费米实验室加速器的ACNET环境中测量的能量扩散的质子束从直线加速器注入到助推器。它使用数字化示波器，并为用户提供配置示波器设置的能力，以便从电阻壁电流监测器进行最佳数据采集。当程序启动时，a）产生${\it one\ shot\ timeline}$以启动射束注入增强器，b）使用一组快速冲击器在注入射束中产生约40 ns的间隙，c）从壁电流监测器收集来自注入的前200 $μ$ s的线电荷分布数据，以及d）执行完整的数据分析以提取射束的全部射束能量扩展。该程序还提供了存储离线分析数据的选项。我们用一个例子来说明一个案例。我们还提出了从最近的测量光束能量扩散作为光束强度的函数的结果。
2017-12-27 physics.acc-ph
Suppression of beam breakup instability in a long train by introducing energy spread between the bunches
在NLC主直线加速器中，束团之间通过长程尾流场的相互作用会引起束分裂不稳定性。虽然一个理想的NLC结构的长程尾流场的大小低于不稳定性阈值，尾流增加时，结构制造误差被考虑在内。在误差较大的情况下，不稳定性的发展会导致束团训练的发射度稀释。为了抑制不稳定性，我们建议在束之间引入能量扩散，类似于BNS能量扩散，用于阻尼单个束内的束分裂。基于简单的估计，我们表明，1-2%的顺序的能量扩展应该是足够的不稳定性的抑制。计算机模拟的结果与模拟代码LIAR确认理论估计，并表明，结构失调和传入的光束抖动的公差可以大大放宽通过引入光束内的能量扩散。
2000-08-03 physics.acc-ph
Using Longitudinal Strong Focusing Principle to Lower Particle Beam Energy Spread Locally in a Storage Ring
Tsinghua University（清华大学）
本文提出利用纵向强聚焦原理在存储环中局部降低粒子束能量展宽，并通过可逆Echo SSMB在高功率EUV辐射生成中的应用示例展示了该方法的核心思想和主要贡献。
2026-05-19 physics.acc-ph
Energy-spread measurement of triple-pulse electron beams based on the magnetic dispersion principle
本文用能散法测量了在磁场中产生的三脉冲电子束的能散。扇形磁铁用于电子束的能量分析，其具有300 mm的弯曲半径和90度的偏转角。对于每个脉冲，时间分辨和积分图像的电子位置在输出端口的弯曲束线被记录的条纹相机和CCD相机，分别。实验结果表明，电子脉冲的能量扩展小于± 2.0%。对不同探测器获得的腔电压波形进行了分析比较。
2016-03-13 physics.acc-ph
On Compensating Tune Spread Induced by Space Charge in Bunched Beams
空间电荷效应在现代加速器中起着重要作用。这些效应经常限制加速器或加速器链中可获得的束流参数。它们也可以限制强子对撞机在低能量或亚TeV高亮度强子束下运行的亮度。人们提出了一些补偿惯性（如连续）强子束中空间电荷效应的方案，其中一些方案已经过检验。但是这些方法都没有解决束团强子束的调谐扩展补偿问题，例如束团内部的纵向位置对调谐偏移的依赖性。在本文中，我们提出并评估了一种新的想法，使用一个共同传播的电子束团与失配的纵向速度来补偿空间电荷引起的调谐偏移和调谐扩展。我们提出了这种系统的一些实际例子。
2014-05-09 physics.acc-ph
Compensating the electron beam energy spread by the natural transverse gradient of laser undulator in all-optical x-ray light sources
全光学的想法提供了一个潜力，大大削减的大小和成本的X射线光源的大学实验室规模，与激光等离子体加速器和激光波荡器的组合。然而，激光等离子体加速器产生的电子束的大的纵向能量扩散可能会阻碍这些全光学光源的高亮度化。在本文中，束能量扩散效应提出了显着的补偿时，适当的横向分散的电子束的激光波荡器的自然横向梯度。对传统的激光康普顿散射源和利用激光等离子体加速器电子束的高增益全光X射线自由电子激光进行了理论分析和数值模拟。
2014-06-05 physics.acc-ph
Intrinsic energy spread and bunch length growth in plasma-based accelerators due to betatron motion
基于等离子体的加速器已经证明可以在厘米尺度上产生GeV电子束，为新一代高度紧凑和具有成本效益的粒子加速器提供了一条道路。然而，实现所需的光束质量，特别是对于诸如自由电子激光的应用的能量扩展，仍然是一个挑战。在这里，我们调查的基本来源的能量扩散和聚束长度的PBAs所产生的电子感应加速器运动的束电子。我们提出了一个分析理论，验证粒子在细胞模拟，准确地描述了这些现象。对光束质量的显着影响，预测某些配置，解释以前观察到的限制，可实现的聚束长度和能量扩散。减轻这些贡献对高质量的光束的准则推导。
2019-12-20 physics.acc-ph
Pseudo Slice Energy Spread in Dynamics of Electron Beams Moving through Magnetic Bends
在以前的规范制定的束动力学的电子束移动超相对论通过磁弯曲系统，我们已经表明，束中的粒子的横向动力学方程有一个驱动项，其行为作为离心力所造成的粒子的初始势能，由于集体粒子的相互作用在束内。其结果是，在弯曲系统的入口处的初始势能，我们称之为伪（动能）的能量，是无法区分的，从通常的动能偏移的设计能量在其扰动粒子光学通过分散和动量压缩。在本文中，在确定这种离心力的颗粒作为残余的CSR取消效应在横向粒子动力学，本文说明了束流在弯曲轨道上运动的正则动量动力学方程与束流在直线轨道上运动的尾流场的Panofsky-Wenzel定理之间的关系，并指出赝能散的影响只有在高峰值时才能测量。当伪切片能量扩展与切片动能扩展相比是可感知的时，电流聚束。讨论了磁弯曲中赝切片能散对束团动力学的影响。
2014-01-13 physics.acc-ph
Compensation of wake-field-driven energy spread in Energy Recovery Linacs
能量回收直线加速器提供高能量束，但在倾倒它们之前将这些束减速，以便它们的能量可用于加速新粒子。在这种减速过程中，在高能量下产生的任何相对能量扩散都被高能量和转储能量之间的比率放大。因此，能量回收直线加速器对在高能量下获得的能量扩散（例如，来自尾流场）敏感。人们可以通过能量恢复直线加速器的适当部分中的能量依赖飞行时间项以及通过高频腔来补偿由于尾流引起的时间相关能量扩散。我们表明，非线性飞行时间的条款只能消除奇阶的时间和能量之间的相关性，如果这些条款是由一个电子束传输内的直线加速器，这是常见的加速和减速光束。如果这两个射束被分离，使得不同的射束传输部分可以用于产生适合于每个射束的飞行时间项，则还可以消除能量扩展中的偶数阶项。作为一个例子，我们调查的潜力，使用这种方法的康奈尔X射线能量恢复直线加速器。通过二次飞行时间项，能量扩散可以减少66%。或者，由于能量传播的主要阻力尾场的分析加速器是近似谐波的时间，高频腔可以减少81%的能量传播。这种方法将需要在单独的部分中进行束流延长和再压缩，以加速和减速束流。因此，这些部分已经包括在康奈尔的x射线能量回收直线加速器设计中。
2008-05-17 physics.acc-ph
The longitudinal energy spread of ion beams extracted from an electron cyclotron resonance ion source
本文通过模拟与RFA实验研究CB-ECRIS引出离子束的纵向能散，揭示静电聚焦主导机制，并给出等离子体电势随磁场和微波功率升高的规律。
2023-03-14 physics.acc-ph
Demonstration of nonlinear-energy-spread compensation in relativistic electron bunches with corrugated structures
具有能量和电流平坦分布的高质量电子束对于许多基于加速器的科学设备（例如自由电子激光和MeV超快电子衍射和显微镜）是至关重要的。在这封信中，我们报告使用波纹结构，以补偿由射频场的曲率压印的光束非线性能量啁啾，导致光束能量扩散显着减少。通过使用一对具有正交取向的波纹结构，我们表明，四极尾场，否则增加束流发射度可以有效地取消。这项工作还将波纹结构的应用扩展到低束流电荷（几pC）和低束流能量（几MeV）制度，并可能在许多基于加速器的设施中产生强烈的影响。
2015-03-24 physics.acc-ph
Measuring and Controlling the Energy Spread in CEBAF
与电子储存环相比，再循环直线加速器的一个优点是，由于新的束流不断地注入加速器中，因此靶处的束流特性不再由量子辐射扩散和辐射阻尼之间的平衡所支配。这使得来自CEBAF型机器的能量扩散相对较小;在4 GeV下从CEBAF测量的能量扩散在几天的时间内累积不到百万分之100。在本文中，各种子系统有助于CEBAF型加速器的能量传播进行审查，以及机器的诊断和控制，用于CEBAF，以确保在日常运行过程中提供一个小的能量传播。相关发展的例子是：（1）从注入器中出现稳定的短束团，（2）线性加速器相对于所有通道上束团质心的精确定时和定相，（3）实现2 kHz采样率反馈系统以实现最终能量稳定，以及（4）利用光学跃迁辐射装置进行连续束能量扩展监测。我们目前的测量结果表明，小的能量扩展，实现了在较长的时间。
2000-09-27 physics.acc-ph
Velocity Dispersion of Correlated Energy Spread Electron Beams in the Free Electron Laser
在自由电子激光器中的电子束中的相关线性能量/速度啁啾的影响，以及如何通过使用波荡器磁场的适当锥度（或反向锥度）来补偿其影响是众所周知的。该理论，如上所述，忽略了速度色散从啁啾在波荡器，采取限制的一个'小'啁啾。在下文中，重新审视补偿光束中的啁啾的物理学，包括波荡器中的速度色散或光束压缩或解压缩的影响。结果发现，在波荡器的速度色散可忽略的限制是不同的，以前确定为小啁啾限制，是比以前考虑的更重要。速度色散需要非线性的锥度以适当地补偿失谐的影响，并且还导致在波荡器的长度上变化的峰值电流（因此导致变化的增益长度）。这一结果对等离子体驱动自由电子激光和低能直线加速器驱动自由电子激光实验装置具有重要意义。
2016-11-24 physics.acc-ph
Monochromation of pulsed electron beams with terahertz radiation at a planar mirror
Cornell Laboratory for Accelerator-Based Sciences and Education（康奈尔加速器基础科学与工程实验室）
本文提出通过飞秒光发射与激光驱动的单周期至多周期太赫兹辐射相互作用，将电子束能量扩散降低至几十毫电子伏特均方根水平，并分析了该方法在横向和纵向自由度上的能量扩散消除能力及高频非理想效应。
2026-02-02 physics.acc-ph
Using Off-Resonance Laser Modulation for Beam Energy Spread Cooling in Generation of Short-Wavelength Radiation
已经提出了用于电子束密度分布的频率上转换的各种播种配置，然而，其中能量扩散可能阻碍谐波产生效率。在这封信中，用于冷却的电子束能量扩散的非共振种子激光调制的方法进行了描述，使用横向分散的光束和调制器波荡器具有适当的横向梯度。利用这种新的机制，可以显着提高频率上转换效率。对种子软X射线自由电子激光和储存环相干谐波产生进行了理论分析和数值模拟。
2013-05-30 physics.acc-ph physics.optics
Study of Beam Energy Spectrum Measurement in the NLC Extraction Line
NLC引出线提供具有低β函数和2 cm色散的次级焦点，其可用于测量射束能谱。在这项研究中，跟踪模拟进行运输的0.5 TeV的电子束从相互作用点（IP）的次级焦点（SF），“测量”所得到的横向束剖面和重建中断的IP能量扩散。在模拟中，得到的能谱再现初始IP扩展合理，特别是与SF的垂直色散提供了更大的比例的色散的电子感应加速器束的大小。
2001-06-20 physics.acc-ph
Transverse beam size measurement system using visible synchrotron radiation at HLS II
在合肥光源II储存环上安装了干涉仪系统和可见同步辐射（SR）成像系统。利用同步辐射工作室（SRW）程序对这两个系统进行了模拟。利用这两个系统，可以测量束流的能散和束流发射度。本文详细介绍了这两种系统的原理和测量方法。最后给出了束流尺寸、发射度和能散的测量结果。
2016-02-25 physics.acc-ph
Space charge dominated momentum spread and compensation strategies in the post-linac section of Proton Improvement Plan-II at Fermilab
针对 PIP-II 后直线加速器段空间电荷导致束流动量散布超标的问题，本文提出并优化了采用 debuncher cavity 的缓解策略，确保束流安全传输至 Booster 同步加速器。
2024-05-31 physics.acc-ph
Transverse Instabilities of Coasting Beams with Space Charge
横向束流稳定性受束流空间电荷的影响很大。通常采用刚性梁模型进行分析。然而，该模型仅在裸（不受空间电荷影响）调谐扩展与空间电荷调谐偏移相比较小时有效。这个条件指定了一个相对较小的参数区域，然而，这对于实际应用来说是最有趣的。在满足有效性条件的前提下，计算了朗道阻尼率和梁的肖特基谱。结果被应用到一个圆形高斯光束。的稳定性阈值所描述的简单的适合的情况下，色和八极调扩散。
2008-12-19 physics.acc-ph
Development of the RFQ Cooler SHIRaC: beam transport and nuclearization
开发了名为SHIRaC的新型制冷机。作为SPIRAL 2设施的一部分，SHIRaC旨在处理和冷却具有大发射度（高达80 pi.mm.mrad）和高电流（高达1 uA）的典型SPIRAL 2光束。其目的是尽可能地提高射束质量（小于3 π mm mrad的横向几何发射度和接近1 eV的纵向能量扩散）并传输超过60%的离子。数值模拟和实验研究表明，只有在发射度方面才能达到所需的光束质量。能量分布与预期值相差甚远。它对空间电荷和缓冲气体扩散敏感，更重要的是对射频场的导数效应敏感。后者出现在射频出口处，并随着射频参数（射频电压的频率和幅度）而增加。允许提高冷却光束质量的研究，主要是能量扩散减少，提出和讨论沿本文。它们包括在出口处实施一个小型的自动化系统。使用这种方法，有可能改善冷却的束质量，并且对于高达1 μ A的束电流，达到1 eV的纵向能量扩展和大约1.75 π mm mrad的横向几何发射度。从SHIRaC到HRS的冷却束的运输已经完成了与静电四极三重态。模拟和第一次实验测试表明，超过95%的冷却光束可以达到HRS。最后，研究了防止核物质从SHIRaC束线逃逸的核化保护方法。
2016-05-14 physics.acc-ph
Preliminary design of laser accelerator beam line
北京大学正在建造一台小型激光等离子体加速器（CLAPA），它是基于RPA-PSA机制或其他加速机制的。根据预实验和理论模拟得到的光束参数，对光束线进行了初步设计。束流线主要由普通的输运元件组成，输出能量为1~ 50 MeV、能散为0~1%、脉冲电流为0~108个质子的质子束流，以满足不同实验的需要。本文给出了15 MeV质子束在能散为1%、脉冲电流为1 × 108、束斑半径为9mm条件下的模拟结果。
2013-11-28 physics.acc-ph
Imposing strong correlated energy spread on relativistic bunches with transverse deflecting cavities
我们提出了一种新的方案，施加和消除大能量啁啾的相对论电子聚束依赖于横向到纵向混合完成了一组横向偏转腔。在线性单粒子动力学近似下，利用一阶矩阵形式解释了新概念的工作原理。该计划证明了关于平均束能量的多功能性，因此，沿着加速器束线定位。该计划的性能进行了数值研究与优雅的粒子跟踪代码。结果表明，相关的非线性效应，导致发射度恶化的极端数量的总能量扩散，可以有效地补偿的Twiss参数的优化，同时依赖于本征发射度分析。纵向空间电荷效应对束流动力学的影响也被研究。
2019-10-16 physics.acc-ph
Generation of Low Absolute Energy Spread Electron Beams in Laser Wakefield Acceleration Using Tightly Focused Laser through Near-Ionization-Threshold Injection
提出了一种增强的电离注入方案，该方案使用强度接近电离势的紧聚焦激光脉冲来触发失配预等离子体通道中的注入过程，并通过多维粒子模拟进行了研究。该方案的核心思想是通过缩短注入距离来降低俘获光束的能量扩展。我们建立了理论来精确预测注入距离，以及注入原子/离子的电离度，电子产额和电离电荷。找到了注入距离与激光参数和等离子体参数之间的关系，给出了控制注入距离的策略，从而优化了光束的能散。在所提出的模拟例子中，我们已经详细研究了整个注入和加速，并发现一些独特的功能的注入计划，如多聚束注入，独特的纵向相空间分布等。最终的电子束具有相对能量扩展（rms）下降到1.4%，其峰值能量为190 MeV和电荷1.7 pC。束流能散的变化趋势表明，更长的加速时间可以进一步降低能量扩散到小于1%，这可能是与未来的激光等离子体加速器驱动的相干光源相关的应用潜力。
2015-09-29 physics.acc-ph physics.plasm-ph
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。
2017-03-28 physics.acc-ph
Beam energy distribution influences on density modulation efficiency in seeded free-electron lasers
波荡器系统入口处的束流能散对高增益种子自由电子激光的有效密度调制至关重要。本文研究了高增益谐波产生（HGHG）、回波激励谐波产生（EEHG）和相位合并增强谐波产生（PEHG）方案中高次谐波微聚束效应与电子能散分布的关系。理论研究和多维数值模拟的情况下，均匀和鞍形光束的能量分布，并与传统的高斯分布。结果表明，均匀和鞍形电子能量分布显著提高了HGHG自由电子激光器的性能，而对EEHG和PEHG方案几乎没有影响。数值计算表明，在84 keV RMS均匀和/或鞍形片能散的条件下，软X射线自由电子激光装置的单级注入方案可以直接产生30次谐波辐射。
2014-12-31 physics.acc-ph
Exploring Minimal Scenarios to Produce Transversely Bright Electron Beams Using the Eigen-Emittance Concept
下一代硬X射线自由电子激光要求电子束具有低的横向发射度。实现这些低发射度的一个建议是利用束的本征发射度值。本征发射度在线性束流传输下是不变的，与非相关束流中的发射度等价。如果可以产生具有两个小的本征发射度的相关光束，则经由适当的光学器件去除相关性将导致两个小的发射度值，只要非线性效应不是太大。我们研究如何使用最小的线性相关产生这样的光束。我们发现理论上可以产生这样的光束，但在实践中可能更难实现。我们确定的线性相关性，可能导致物理上可实现的发射计划，并讨论有前途的未来途径。
2011-07-11 physics.acc-ph
Reversible electron beam heating for suppression of microbunching instabilities at free-electron lasers
由于在现有和未来的X射线自由电子激光（FEL）中高亮度电子束的压缩而导致的微聚束不稳定性的存在导致可达到的激光性能的限制，并且使得利用光学跃迁辐射的束成像是不可能的。不稳定性可以通过引入额外的能量扩展来抑制，即，“加热”电子束，如通过在直线加速器相干光源处的激光加热器系统的成功操作所证明的。增加的能量扩展对于自放大自发发射FEL通常是可容忍的，但限制了诸如播种的先进FEL方案的有效性。在本文中，我们提出了一个可逆的电子束加热系统的基础上，两个横向偏转射频结构（TDS）的上游和下游的磁聚束压缩机弯道。在第一个TDS中引入额外的能量扩展，抑制微聚束不稳定性，然后在第二个TDS中消除。通过计算和模拟，包括相干同步辐射的影响，我们证明了微聚束增益抑制的可行性。可接受的电子束和射频抖动的确定，和固有的选择，诊断和在线监测的电子束的纵向相空间进行了讨论。
2012-01-17 physics.acc-ph
Beam-beam compensation studies in the Tevatron with electron lenses
在Fermilab Tevatron对撞机上，研究了利用磁场约束的5 keV高斯电子束与循环束重叠来抑制反质子迎面束-束调谐扩展的可行性。当反质子的电子冷却应用于常规的Tevatron操作中时，对反质子的非线性迎面束-束效应很小。因此，我们首先集中在操作方面，如光束的对准和稳定性，并对基本的观察调谐偏移，调谐扩展，寿命和发射度。我们还尝试了两个特殊的对撞机商店，只有3个质子束与3个反质子束碰撞，以抑制远程力量和增强正面效应。在这里，我们提出了这项研究的结果和数值模拟和观测之间的比较。这些结果有助于将这种补偿概念应用于布鲁克海文的RHIC。
2013-12-18 physics.acc-ph
Phase space dynamics of a plasma wakefield dechirper for energy spread reduction
基于等离子体的加速器近年来取得了令人印象深刻的进展。然而，在这些加速器中获得的光束能量扩散仍然处于~ 1%的水平，比诸如相干光源或对撞机等具有挑战性的应用所需的大近一个数量级。在等离子体加速器中，束的能量扩展主要由其能量啁啾（纵向相关能量扩展）决定。在这里，我们表明，当一个初始啁啾的电子束从直线加速器与适当的电流分布发送通过低密度等离子体结构，束的自唤醒可以显着降低其能量啁啾和整体能量扩散。分辨率受限的能谱测量显示，束流能量扩展从1.28%减小到0.41%半高宽，去斜强度为~ 1（MV/m）/（mm pC）。精细的时间分辨相空间测量，结合高保真度三维粒子模拟，进一步表明去调频器后的实际能量扩展仅为约0.13%（FWHM），初始能量扩展的10倍减少。
2019-04-25 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Landau Damping of Beam Instabilities by Electron Lenses
现代和未来的粒子加速器采用越来越高强度和更亮的带电粒子束，并且受到相干束不稳定性的操作限制。控制不稳定性的物理方法，如八极磁铁、束流反馈阻尼器和使用色彩效果，变得不那么有效和不足。我们表明，相比之下，洛伦兹力的低能量，磁稳定的电子束，或“电子透镜”，很容易引入横向非线性聚焦足够的朗道阻尼横向束不稳定性的加速器。同样重要的是，与其他非线性元件不同，电子透镜主要在束芯处提供频率扩展，从而允许高得多的频率扩展而不降低寿命。以未来圆形对撞机的参数来说，一个几米长的传统电子透镜所提供的稳定性，将优于数万个超导八极磁铁。
2017-06-26 physics.acc-ph
Chirp mitigation of plasma-accelerated beams using a modulated plasma density
基于等离子体的加速器提供了推动未来紧凑型光源和高能物理应用的可能性。实现良好的光束质量，特别是小的光束能量扩散，仍然是主要的挑战之一。对于稳定的传输，光束位于尾流场的聚焦区域，该区域仅覆盖加速场的斜率。然而，这会沿着聚束留下纵向能量相关（啁啾）的印记。在这里，我们提出了一个交替的等离子体中的聚焦方案，以减轻这种啁啾的发展，从而保持一个小的能量扩散。
2016-03-28 physics.acc-ph
Collisionless shock acceleration of narrow energy spread ion beams from mixed species plasmas using 1 $μ$m lasers
用10 $^{20}$ W/cm $^2$，1 $μ$ m激光与近临界密度等离子体相互作用，实现了质子和C $^{6+}$离子的无碰撞冲击加速。通过二次激光烧蚀初始固体密度目标允许系统地控制等离子体轮廓。这使得能够产生能量为10-18 MeV/a.m.u.的具有峰值光谱的束。和10-20 $\%$的能量扩展，在这些窄光谱特征内具有高达3 × 10 $^9$粒子。具有不同荷质比的离子种类的窄的能量散布和相似的速度与冲击波的移动电势的加速一致。粒子模拟表明，冲击加速的质子和C $^{6+}$离子束的能量分布与实验一致。模拟进一步指示等离子体轮廓确定射束电荷和能量之间的权衡，并且具有额外的目标优化的窄能量扩展射束超过100 MeV/a.m.u.可以使用相同的激光条件生产。
2018-10-18 physics.acc-ph physics.plasm-ph
On the generation of ultra-bright and low energy spread electron beams in laser wakefield acceleration in a uniform plasma
通过大规模高保真PIC模拟，证明在均匀等离子体中由激光脉冲驱动的缓慢膨胀气泡可产生超高亮度低能散的自注入电子束，其束流质量超越近期概念。
2023-05-03 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Antiproton beams with low energy spread for antihydrogen production
建立了从ASACUSA反质子积累阱（MUSASHI阱）到反氢产生阱（双尖阱）的低能反质子输运。传输线后的纵向反质子能量扩散为0.23 +- 0.02 eV，而2012年使用的先前方法为15 eV。这种减少是通过绝热传输光束线与几个脉冲驱动的同轴线圈。反氢原子是通过直接将反质子注入正电子等离子体中来合成的，从而导致更高的生产率。
2019-02-25 physics.acc-ph physics.ins-det
Efficiency and beam quality for positron acceleration in loaded plasma wakefields
在等离子体尾流场中加速粒子到高能被认为是一种很有前途的技术，具有很好的能量效率和高梯度。虽然在基于等离子体的电子加速方面取得了重要进展，但等离子体中的正电子加速几乎没有研究，并且尚未确定完全自洽和最佳的方案。对于需要电子-正电子对撞机的高能物理应用，在等离子体尾场中加速正电子的能力是至关重要的。在这里，我们表明，保存的束流质量可以妥协的等离子体尾场加载正电子束，和能量效率和束流质量之间的权衡需要被found.For电子束驱动线性等离子体尾场，我们发现，尽管由正电子束加载引起的横向非线性聚焦力，束团迅速发展向一个平衡分布有限的发射度增长。粒子模拟表明，对于μ m尺度的归一化发射度，不相关能量扩散的增长设置了一个重要的限制。我们的研究结果表明，线性或适度的非线性制度与高斯驱动器提供了一个很好的权衡，同时实现超过30%的能量转移效率和不相关的能量扩散低于1%，而甜甜圈形的驱动器在非线性制度更适合于加速高电荷聚束在更高的梯度，在效率和光束质量之间的折衷退化的成本。
2021-07-02 physics.acc-ph physics.plasm-ph
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。
2018-11-15 physics.acc-ph
Plasma acceleration limitations due to betatron radiation
在尾场加速中，由束的纵向尺寸引起的高能量扩散是众所周知的。通常，这个问题可以通过束流加载效应来解决，该效应允许沿着束流的整个持续时间保持加速场几乎恒定。然而，在这项工作中，我们想解决另一个在高能量下产生的能量扩散来源，这是由于电子感应加速器辐射。
2018-02-09 physics.acc-ph
Electron beam shaping via laser heater temporal shaping
主动纵向束流光学通过优化束流以产生多色脉冲、抑制焦散或支持阿秒激光，可以帮助自由电子激光设备实现尖端性能。随着下一代超导加速器的上线，有必要找到新的元素，既可以在高束流功率运行，并提供Mhz重复率的多路复用能力。激光加热器成形承诺通过在逐个拍摄的基础上赋予可编程的切片能量扩展来满足这两个标准。我们使用一个简单的动力学分析，以显示如何控制的切片能量扩散转化为控制的束流分布，然后我们提出了一个集合的开始到结束的模拟在LCLS-II，以说明该技术。
2021-06-09 physics.acc-ph
Generation of High-Power, Tunable Terahertz Radiation from Laser Interaction with a Relativistic Electron Beam
本文提出了一种基于切片能量扩展调制的方法，在强流相对论电子束中产生强亚皮秒密度聚束。利用具有周期性强度包络的激光脉冲调制电子束的切片能散，经过色散后转换为密度调制。结果表明，激光调制产生的双喇叭片能量分布对提高电子束的密度聚束是非常有效的。由于调制是在相对论电子束上进行的，该过程不会受到强空间电荷力或相空间之间的耦合，因此可以直接保持光束质量以用于进一步的应用，例如太赫兹（THz）辐射和等离子体尾场的共振激发。我们在理论和模拟表明，从光束的可调谐辐射可以覆盖的频率范围为1-10太赫兹与高功率和窄带光谱。
2017-02-22 physics.acc-ph
Effects of energy spread on Brightness and Coherence of undulator sources
部分横向相干光源如同步辐射（SR）和自由电子激光（FEL）光源的（光谱）亮度可以定义为Wigner分布的最大值。然后，亮度包括关于辐射场的相干性和波前特性的信息。对于波荡器源，通常近似与高斯束共振的单电子电场，导致极大的简化。由于能量扩散，目前建立在高斯光束假设下导出的简化亮度表达式上，试图在存在失谐的情况下解释波荡器辐射的修改的空间和角度分布。随着超低发射度衍射极限环的上线，能量扩散对波荡器辐射特性的影响变得越来越重要。本文讨论了能量扩散对共振波荡器辐射亮度的影响，以及与相干性的关系。
2018-08-15 physics.acc-ph
Control of electron beam current, charge and energy spread using density downramp injection in laser wakefield accelerators
本研究通过微调等离子体密度参数，利用密度下降注入在激光尾场加速器中实现了对电子束电流、电荷和能散的控制，获得了高电荷和低能散的电子束。
2022-09-11 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Design study for a 500 MeV positron beam at the Mainz Microtron MAMI
对在美因茨微波加速器MAMI的应用物理区实现能量为500 MeV的正电子束进行了设计研究。正电子是由MAMI的855 MeV电子束在钨转换靶中产生的轫致辐射经对转换后产生的。从两种可能的几何结构（i）在韧致辐射转换器靶本身中的对转换，和（ii）在分离的铅箔中的韧致辐射对转换，前者被详细考虑。正电子将是在外部开放电子束线偏转磁体内选择的能量，并被附加的扇形磁体弯曲。在它们之间的磁聚焦元件被设计成在距离靶约6 m的良好屏蔽的正电子靶室中制备对于10 μ m厚的非晶钨靶和可忽略的动量扩散分别具有0.055 π mm mrad（1 σ）和0.12 π mm mrad（1 σ）的水平和垂直发射度的束。在1 MeV的可接受的正电子带宽度下，预期斑点垂直地具有0.064 mrad的角展度和5.0 mm的尺寸（FWHM），并且水平地具有0.64 mrad的角展度和7.7 mm的尺寸（FWHM）。正电子产额为每秒13.1个，正电子能带宽度为1 MeV，电子束流为1 nA。
2022-05-25 physics.acc-ph
The effect of the electron-beam parameter spread on microwave generation in a three-cavity axial vircator
研究了三腔轴向虚阴极振荡器的产生效率和辐射谱随注入电子束半径、阻抗和能量均匀性的变化规律。本文建立，对于每个几何形状的三腔谐振器，存在这些参数的最佳值（最大化的发电效率），并确定范围内，他们可以改变而不会失去发电效率。
2014-07-31 nlin.CD physics.acc-ph physics.comp-ph
Muon intensity increase by wedge absorbers for low-e muon experiments
低能μ介子实验，如μ 2 e和g-2，具有有限的能量扩散接受度。在μ子冷却研究和MICE实验中开发的技术之后，可以通过匹配使用楔形吸收体来增加期望能量范围内的μ子数量。更一般地，μ子束的相空间可以通过束传输线中的吸收器来操纵。应用程序与仿真结果。
2018-01-19 physics.acc-ph
Modeling and Design of Compact, Permanent-Magnet Transport Systems for Highly Divergent, Broad Energy Spread Laser-Driven Proton Beams
针对BELLA iP2束线激光驱动质子束高发散、宽能谱的挑战，设计了基于永磁元件的紧凑型传输系统，通过调节磁体位置实现束流尺寸和能量选择，并验证了10 MeV辐射生物学应用方案。
2024-11-05 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Investigation of Beam Emittance and Beam Transport Line Optics on Polarization
研究了束流发射度、能散、光学参数和磁体失调对束流通过粒子输运系统偏振态的影响。特别强调的是，将被放置在费米实验室的μ子束的μ子g-2实验，包括与自然极化产生的π衰变的比较，并评论系统的发展相空间变量之间的相关性正在使用的光束线。
2017-10-06 physics.acc-ph
Energy spread minimization in a beam-driven plasma wakefield accelerator
下一代基于等离子体的加速器可以在厘米距离内将电子束推到千兆电子伏的能量。由驱动脉冲激发的等离子体产生大的电场，其可以有效地加速拖尾见证聚束，使得从高能对撞机到超亮光源的实验室规模应用的实现成为可能。到目前为止，几个实验已经证明了显着的加速，但由此产生的光束质量，特别是能量扩散，仍然是远离最先进的传统加速器。在这里，我们展示了一个光束驱动的等离子体加速实验的结果，我们使用了电子束作为驱动器，其次是超短证人。该实验首次展示了一种创新方法，可实现约0.1%的加速见证的超低能量扩展。这比迄今为止所获得的数量级要小。其结果可能会导致一个重大的突破，对等离子体加速过程的优化，并在即将推出的紧凑型机器面向用户的应用程序的实施。
2020-06-02 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Simulation Prediction and Experiment Setup of Vacuum Laser Acceleration at Brookhaven National Lab-Accelerator Test Facility
介绍了美国加州大学洛杉矶分校、复旦大学和美国国家实验室合作开展的真空激光加速器（VLA）第一阶段预实验计划和预测。这个第一阶段的实验是一个原理证明，以支持我们以前发布的新颖的VLA理论。模拟结果表明，在ATF现有的实验条件下，初始能量为15MeV的电子束可以从强流CO2激光束中获得净能量增益。利用ATF束线诊断系统可以观察到电子束能散的差异。而且这种能量扩展效应随着激光强度的增加而增强。该方案已得到ATF委员会的批准，下一步将进行实验。
2011-09-30 physics.acc-ph
Rapid charge redistribution leading to core hollowing in a high-intensity ion beam
最近，报道了第一次直接测量完整的6D加速器束流分布[1]。这项工作观察到能量和横坐标之间的相关性，能量分布在横核附近变得中空和双峰。在这篇文章中，一个类似的结构出现在一个最初不相关的，高密度聚束的扩展作为非线性空间电荷力的速度扰动的结果。当6D相空间被投影到一维和二维轴上时，这种中空是模糊的。这种现象在加速器系统中还没有得到广泛的认可，但可以与激光电离纳米团簇和衍射电子源的观察结果进行比较。虽然这种效应提供了对测得的岩心相关性的起源的洞察，但它并没有提供完整的描述。通过射频四极杆的自洽模拟，可以得到一个更好的再现测量结构。[1]B.凯西，S。Chelsea，A. Aleksandrov和A. Zhukov，PRL 121，064804（2018）。
2020-08-14 physics.acc-ph
Energy dispersion compensation and beam loading in X-band linacs for the JLC/NLC
RF脉冲的形状在传播通过X波段加速器结构时由于色散效应而失真。这种畸变与射束加载一起在192束之间引入能量扩散。为了最小化该能量扩散，我们修改输入RF脉冲形状。的脉冲传播，能量增益，和光束加载建模与模式匹配的计算机代码和电路模型。一个完整的60厘米的结构，包括55个单元和输入和输出耦合器的2D模型和电路模型进行了分析。该结构以每个单元5 pi/6的相位提前运行。这种结构的色散效应比以前研究的2 π/3相位提前加速结构更显着。实验结果与理论模型进行了比较，并获得了良好的协议，通过结构的RF脉冲的传播。
2003-07-04 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
A Scalable, High-Efficiency, Low-Energy-Spread, Laser Wakefield Accelerator using a Tri-plateau Plasma Channel
提出一种基于阶梯式等离子体结构、非线性啁啾激光和动态束流负载的LWFA方案，首次同时实现超20%加速效率和低于1%能散，为未来紧凑型对撞机提供概念验证基础。
2023-11-24 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Control of energy distribution of the proton beam with an oblique incidence of the laser pulse
利用三维粒子模拟方法研究了激光脉冲斜入射双层靶对质子的加速作用。结果表明，质子束能散随激光照射位置的变化而变化，在某一位置处达到最小值。这提供了一种控制质子能谱的方法。我们表明，通过适当地调整第二质子层的大小和位置，可以获得具有小得多的能量扩展的高能质子。
2009-01-07 physics.acc-ph physics.plasm-ph
The Optimal Beam-loading in Two-bunch Nonlinear Plasma Wakefield Accelerators
由于束流加载的高度非线性性质，目前不可能解析地确定两束团等离子体尾场加速器中维持低能量扩散所需的束流参数。因此，本文采用Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno参数扫描算法和QuickPIC程序，结合多项式回归和k折交叉验证方法，得到了非线性等离子体尾流场加速器中基于束流加载效应的三高斯电子束能散最小化时束流参数的两个拟合计算公式。一个公式允许尾束的每单位长度的归一化电荷的优化，以实现最小的能量扩展，即最佳的束加载。另一个直接给出了当尾梁达到最佳梁加载时的Transformer比。由拟合公式得到了驱动束和拖尾束电荷的简单比例关系，表明当两束的长度、间距和等离子体密度一定时，对于给定的两束电荷比，总是可以获得最佳的束流加载。该公式还可用于在最佳束流加载条件下获得最大加速电荷和最大加速效率的最佳等离子体密度。这两个拟合公式将大大提高设计和优化双束团等离子体尾场加速级的效率。
2022-05-10 physics.acc-ph physics.plasm-ph
