Optimization of Beam Transmission in the extraction lines of the K130 Room Temperature Cyclotron at Variable Energy Cyclotron Centre (VECC), Kolkata
Variable Energy Cyclotron Centre（可变能量回旋加速器中心）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）
本文提出两阶段半数值优化框架，通过粒子模拟和CMA-ES算法提升回旋加速器束流传输效率，实验验证传输率超过70%。
2026-03-27 physics.acc-ph
Stripping Mechanisms and Remediation for H$^-$ Beams
负氢离子通常用于通过电荷交换注入将质子从直线加速器注入储存环。在这个过程中，两个电子被箔或激光剥离以产生质子，这些质子可以与现有的光束合并而不会显著影响其动力学，从而允许积累高强度的质子。然而，这种能力具有缺点，即H $^-$离子的外部电子具有低结合能，并且可以在注入之前容易地被剥离。本文讨论了以下剥离机制：与束管中的残余气体，黑体辐射从加速器组件，和电磁场从加速器光学（洛伦兹力剥离）和粒子内的束本身（束内剥离）的相互作用;与如何避免过度激活剥离H $^0$粒子和质子的讨论。我们还表明，剥离的H $^0$碰撞附近的束管或机器元件壁的比例提出只有大约10\%的剥离中损失的，其余的剥离粒子遍历到直线加速器或本地直线段的末端，这可能会放宽H $^-$加速器中允许的剥离为基础的光束损失的限制。
2021-07-14 physics.acc-ph
New Beam Dynamics Code for Cyclotron Analysis
本文提出一种基于传输矩阵方法和二阶非线性哈密顿量解的回旋加速器束流动力学模拟方法，并开发了相应的回旋加速器设计程序。
2024-01-20 physics.acc-ph
Recent Developments in Simulations of an Inverse Cyclotron for Intense Muon Beams
最近的一些发展导致了反回旋加速器的模拟，用于冷却中微子工厂和μ子对撞机的强烈μ子束。这样的装置可以作为一种新型的μ子束流冷却机制，而且它比其他冷却通道设计要小得多，也更便宜。现实的设计仍在探索中，但在逆回旋加速器中的粒子跟踪的第一个模拟，在回旋加速器核心的积累，已经完成了静电模拟的粒子在细胞的代码VORPAL。我们提出了一个概述的μ子逆回旋的概念和最近的模拟结果。
2010-08-19 physics.acc-ph
Determination of lattice functions and 2nd-order transfer matrix for High Power Cyclotron
针对高功率回旋加速器设计需求，该研究从束流动力学描述出发，测定晶格函数并修订二阶非线性哈密顿量求解，进而开发了束流动力学仿真代码。
2024-08-07 physics.acc-ph
On Optical Properties Of Ion Beams Extracted From Electron Cyclotron Resonance Ion Source
利用NAM-ECRIS程序得到的离子在引出孔径处的初始分布，模拟了DECRIS-PM源的离子引出。对等离子体发射面进行了三维计算，并对引出区的离子进行了示踪。的离子束轮廓显示出强烈的畸变，由于等离子体弯月面的形状，空心束的功能再现，以及在不同的聚焦条件下的轮廓的变化。
2017-06-23 physics.acc-ph
The effects of injection beam parameters and foil scattering for CSNS/RCS
中国空间中子源（CSNS）采用H-剥离相空间涂绘法，用小发射度的直线加速器束流填充大环形接受腔。研究了CSNS快速循环同步加速器（RCS）的涂敷光束与注入光束参数的关系。模拟了不同动量扩展、发射度均方根值、束流匹配情况下的注入过程，得到了束流损失、99%发射度和发射度均方根值，并给出了注入束流参数的优化范围。研究了H-光束与剥离箔的相互作用，并对剥离箔的散射进行了模拟.在此基础上，计算了剥离效率，得到了合适的剥离箔厚度。研究了箔片上的能量沉积和箔片散射引起的束流损失。
2012-08-23 physics.acc-ph
Order-of-Magnitude Beam Current Improvement in Compact Cyclotrons
在粒子物理、医用同位素生产、材料和能源研究等领域，对小型粒子加速器产生的高强度质子束有着巨大的需求。为了满足这一需求，我们首次提出了一种紧凑型等离子体回旋加速器的设计，该回旋加速器将能够提供10 mA的60 MeV质子-比市场上的紧凑型回旋加速器高出一个数量级，比研究机器高出四倍。一个关键的突破是，涡流运动被纳入设计的回旋加速器，导致清洁提取。静电引出通道的隔板上的射束损失保持在50 W以下（比所需的安全极限低四倍），同时保持良好的射束质量。我们提出了一组高度精确的粒子模拟，和一个不确定性量化的选择束输入参数，使用机器学习，显示的鲁棒性的设计。这种设计可用于粒子和核物理、材料科学和医学物理实验以及工业应用中的束流。
2021-05-11 physics.acc-ph
Updated physics design of the DAEdALUS and IsoDAR coupled cyclotrons for high intensity H2+ beam production
地下科学实验室的δ- CP破坏静态衰变实验（DAEdALUS）和同位素静态衰变实验（IsoDAR）分别是在中微子区和“无菌”中微子区寻找CP破坏的实验。为了在5年内起决定性作用，中微子通量和驱动束流（由链式回旋加速器产生）必须很高。选择H2+作为主束离子，以减少电流，从而减少空间电荷。这具有允许在DAEdALUS超导环形回旋加速器（DSRC）的出口处进行汽提提取的附加优点。初级束流高于目前回旋加速器已经证明，这导致了我们在过去几年中合作的大量研发工作。我们介绍了这项研究的结果，包括原型测试和高度逼真的梁模拟，这导致了最新的基于物理的设计。所呈现的结果表明，在紧凑型回旋加速器中将5 mA的H2+加速到60 MeV/amu并且在DSRC中将其提升到800 MeV/amu是可行的，尽管具有挑战性，在这两种情况下都具有清洁提取。
2017-08-21 physics.acc-ph
Concept of Powerful Multistage Coaxial Cyclotron for Pulsed and Continuous Beam Production
本文介绍了具有分离轨道的大半径多级同轴回旋加速器的概念，它能产生能量为120-2000 MeV的质子束，脉冲功率为几十GW，连续功率为几百MW。加速射束损失必须小于0.1 W/m，以获得截取的平均射束功率线密度。该概念固有地被配置为主动补偿束聚束中的纵向和横向空间电荷膨胀。这些是基于（1）积极地改变束流加速平衡相位，同时保持等时性，独立地为每个回旋加速器匝;（2）独立地改变加速电压为每个匝连同轨道校正，保持等时性;（3）独立地改变横向电子感应加速器振荡调谐移位，以确保非共振操作。此外，（4）包括六极透镜以补偿色度效应。此外，这一概念是基于迄今为止在束流加速和存储技术中取得的实际成功结果的最佳利用。这种加速器可用于提供脉冲强中子源，而无需使用储存环，并驱动不同的嬗变技术。作为这样的回旋加速器系统的一个例子，我们描述了我们的方法，加速单束质子束在高达1 GeV的能量，脉冲束功率为80 GW和束持续时间为2 ns。示例性回旋加速器加速器系统被配置为位于6-GeV埃里温电子同步加速器的屏蔽结构中。这种回旋加速器系统的成本估计约为40，000，000美元，如果在亚美尼亚实施，大大降低劳动力成本。
1999-08-29 physics.acc-ph
Magnet design optimization of a 100 MeV separated sector medical cyclotron and its injection line
本文介绍了100 MeV分离扇区医用回旋加速器（SSMC）的磁场设计以及用于从方位变场（AVF）回旋加速器向SSMC输送14 MeV质子束流的注入线磁体的优化设计。研究表明，通过在极尖放置三组校正微调线圈，可以获得公差约为10-4 T的等幅磁场。Betatron振荡的结果足以验证磁场的聚焦力可以将粒子保持在磁体的中平面附近。为了使14 MeV回旋加速器的束流以最小的损失注入SSMC，束流必须符合分离扇形回旋加速器的接收椭圆。利用Trace-3D束流动力学程序对束流注入系统的特性进行了计算和优化。
2021-01-06 physics.acc-ph
Analytic fluid theory of beam spiraling in high-intensity cyclotrons
采用二维流体描述，研究了强流束在储存环和回旋加速器中的非线性径向-纵向动力学。多尺度分析分离的时间尺度与电子感应加速器的运动和较慢的时间尺度与空间电荷效应，我们表明，径向涡旋运动可以理解的框架中移动的带电束作为非线性平流的光束的$\mathbf{E}\times\mathbf{B}$速度场，其中$\mathbf{E}$是电场由于空间电荷和$\mathbf{B}$是外部磁场。这种解释为圆光束的稳定性和细长光束中螺旋晕的发展提供了简单的解释。通过数值求解束流密度的非线性对流方程，我们发现它也与PIC模拟中得到的结果定量一致。
2012-10-03 physics.acc-ph
Beam losses due to the foil scattering for CSNS/RCS
在中国散斑中子源快循环同步加速器（CSNS/RCS）中，由于箔片剥离散射，在注入过程中产生束晕，并引起附加束流损失。讨论了质子束与剥离箔的相互作用，研究了剥离箔的散射。考虑了一个简单的模型和实际情况的箔散射。利用ORBIT和FLUKA软件，对CSNS/RCS系统中存在剥离箔片散射的多圈相空间涂注过程进行了数值模拟，得到了箔片散射引起的束流损失。
2012-10-17 physics.acc-ph
New Harmonic Coils for Enhanced Beam Extraction at the U-120M Cyclotron
本文针对U-120M回旋加速器束流引出效率问题，设计并安装了位于最外层轨道半径约50 cm处的新型谐波线圈，结合进动与线性整数共振两种引出方法构建新型引出系统，并评估了其优缺点与引出效率。
2024-01-15 physics.acc-ph
High efficiency laser-assisted H- charge exchange for microsecond duration beams
激光辅助剥离是一种新的方法H-电荷交换，克服了长期存在的限制与传统的，基于箔的方法产生高强度，时间结构的质子束。本文报道了首次成功地演示了微秒级持续时间光束的激光剥离技术。该实验代表了1000倍的剥离脉冲持续时间相比，以前的原理证明演示增加。该实验的中心主题是实施的方法，以减少所需的平均激光功率，使高效率的剥离可以完成微秒持续时间的光束使用传统的激光技术。实验是在1GeV的质子束源上进行的，使用峰值功率为1 MW的紫外激光器，剥离效率约为95%。
2018-05-11 physics.acc-ph
Realistic Injection Simulations of a Cyclotron Spiral Inflector using OPAL
我们提出了一个升级的粒子在细胞离子束模拟代码OPAL，使我们能够运行高度逼真的模拟螺旋偏转系统的紧凑型回旋加速器。这次升级包括一个新的几何类和场求解器，可以处理粒子终止和自场计算方面的回旋加速器中心区域的电极系统所造成的复杂边界条件。结果是基准对惯性梁的分析解决方案。作为一个实际的例子，螺旋偏转器和1 MeV/amu测试回旋加速器，位于最佳回旋加速器系统公司，并与仿真结果进行了比较。我们发现，OPAL现在可以处理任意的边界几何形状相对容易。模拟注入效率的比较，和光束形状比较以及与测量的效率和注入后的光束分布的初步测量。
2016-12-29 physics.acc-ph
Variable-Phase Asynchronous Cyclotron
本文介绍了一种可变相位异步回旋加速器（VPAC）的概念设计，它提供了加速质子或离子束的纵向束团压缩，从而允许在较高的加速效率下实现高电流加速，使可能的束流损失最小化，并放宽了加速器的机械公差。通过独立设置和改变加速相位和射频电压幅度、腔间谐波数和横向聚焦强度的能力来保证束流控制，这在很大程度上克服了所提出的回旋加速器的每个扇区和匝中的空间电荷效应。新的加速器概念特别适合于加速高达800兆电子伏的能量和平均束流在100毫安级的强质子束。所有加速器元件都是基于目前可用和可行的技术。为了证明设计的可行性，详细的计算和建模的10转VPAC原型生产的25.6 MeV，100 mA的质子束和新的加速器概念的主要特点进行了讨论。
2001-05-10 physics.acc-ph
Cyclotron Maser Cooling towards Coherent Particle Beams
本文提出回旋加速管微波激射冷却（CMC）新方案，通过共振射频场使相对论性回旋电子束跃迁至相干辐射系统，实现电子在相同回旋相位的离散能量积累，从而生成可用于控制粒子反应及产生相干X射线和伽马射线的相干粒子束。
2025-03-06 physics.acc-ph
High intensity cyclotrons for neutrino physics
近年来，人们对超过几毫安的高强度质子束的兴趣已经上升。潜在的应用是在中微子物理学，材料和能源研究，以及同位素生产。由于加速器技术的进步和对束流动力学的更好理解，5到10毫安的连续波质子束现在已经可以实现。作为一个例子的应用程序，我们提出了建议的IsoDAR实验，寻找所谓的无菌中微子和非标准的相互作用，使用KamLAND探测器位于日本。我们提出了更新的灵敏度为这个实验，并详细描述了高强度质子驱动器，使用几个新的想法的设计。这些是：加速H2+而不是质子，通过射频四极杆（Quadrupole，RFID）将束直接注入回旋加速器，并仔细匹配束以实现所谓的涡旋运动。初步设计在PIC模拟研究中表现良好，注入器系统正在建造中，将与1 MeV的试验回旋加速器一起投入使用。
2018-11-05 physics.acc-ph
Beam Loss in Linacs
束流损失是高强度加速器中的一个关键问题，在设计和运行阶段都花费了大量的努力来最大限度地减少损失并将其保持在可管理的水平。随着新的加速器变得越来越强大，束流损失变得更加严重。用于H-离子束的直线加速器，例如橡树岭Spiritus中子源的直线加速器，与H+（质子）直线加速器相比，具有更多的损失机制，例如为欧洲Spiritus中子源设计的直线加速器。有趣的H-束损失机制包括残余气体剥离、H+捕获和加速、场剥离、黑体辐射和最近发现的束内剥离机制。束晕形成和离子源或RF打开/关闭瞬变是H+和H-加速器两者常见的束损失机制的示例。机器保护系统在限制光束损失方面起着重要作用。
2016-08-08 physics.acc-ph
Electron emission of stripping foil and collimation system for CSNS/RCS
在中国空间中子源快循环同步加速器（CSNS/RCS）中，电子发射对加速器的限制起着重要作用。研究了质子束与剥离箔的相互作用，并利用ORBIT和FLUKA程序模拟了电子散射过程。然后，可以给出电子的能量分布和电子产额率。此外，还研究了质子束与准直系统的相互作用，模拟了电子散射过程。然后，可以给出初级电子发射的能量分布，并可以得到初级电子的产额率。
2015-10-16 physics.acc-ph
Transverse-Longitudinal Coupling by Space Charge in Cyclotrons
本文提出了一种计算回旋加速器中含有空间电荷的匹配光束参数的方法，着重考虑了横纵耦合的影响。本文导出了方位对称回旋加速器模型的横纵耦合方程和相应的一阶频移方程。计算了梁的特征椭球，并将传递矩阵变换为块对角形式。考虑了相位曲线斜率对横向-纵向耦合的影响。对结果进行了推广，并给出了AVF回旋加速器情况下的数值计算方法。将该算法应用于PSI注入器II和环形回旋加速器，并将结果与TRANSPORT进行比较。
2012-01-04 physics.acc-ph
Status of the NSCL Cyclotron Gas Stopper
一个充满气体的反向回旋加速器的热化高能束正在建设中，在NSCL/MSU。在飞行分离后通过射弹碎裂产生的稀有同位素将被注入该装置，并在它们向装置中心螺旋运动时通过缓冲气体相互作用转化为低能束。提取的热束将用于低能实验，例如使用陷阱或激光光谱进行精确质量测量，以及进一步传输以进行再加速。详细的计算已被执行，以优化的磁场设计，以及传输和停止的气体内的离子。将使用RF地毯将热离子传输到轴向提取点。计算表明，回旋气体塞将是更有效的轻和中等质量的离子热化相比，线性气体电池。在这篇文章中，我们将讨论模拟的整体性能和验收的机器，光束匹配计算的碎片分离器发射度，和建设的状态。
2016-06-15 physics.acc-ph
Update on the IsoDAR 60 MeV/amu Cyclotron Acceleration Simulations
在本技术报告中，总结了DAE $δ$ ALUS协作组成员在IsoDAR紧凑型等离子回旋加速器中模拟5 mA H2+加速的工作。研究结果表明，在束能量达到2 MeV/amu之前，通过仔细放置准直器刮去晕粒子，可以在初始匹配的束和失配的束之间实现足够的（N-1）圈和第N圈之间的分离。这里我们将“足够”定义为隔膜上的< 200 W光束损失。在加速模拟中，准直器上的光束损失根据初始光束条件从10%到25%不等。准直器放置在中心区域，光晕的形成，并在最后一个转弯处的转向分离进行了讨论。最后，一个计划，以进一步减轻光束损失的风险提取隔膜放置在前面的窄剥离箔进行了调查。我们还介绍了分包给AIMA公司的一项单独研究的结果，该公司研究了通过螺旋偏转器注入H2+离子并将其加速四圈。在这里，2 MeV/amu之前报告的束流损失为58%，但聚束没有进一步加速，因此我们没有将其报告为最终结果。
2020-03-02 physics.acc-ph
Simulation of stripping injection into HITFiL with carbon ion
在兰州重离子治疗装置（HITFiL）的强子治疗积累过程中，剥离注入是一个关键的阶段。为了模拟HITFiL中碳离子的剥离注入过程，研究了碳离子与金属箔的相互作用，并利用自行开发的程序进行了模拟，给出了HITFiL中注入束流参数和注入系统的优化方案。
2013-05-03 physics.acc-ph
Simulation of Electron Behavior in PIG Ion Source for 9MeV Cyclotron
在本文中，我们专注于一个PIG源产生强的H-离子内9 MeV回旋加速器。利用CST粒子工作室模拟了不同电场分布和磁场强度下PIG离子源的特性。在分析二次电子发射（SEE）作为磁场和电场强度两者的函数之后，我们发现，对于建模的PIG几何形状，0.2 T的磁场强度在次级电子的数量方面提供了最佳结果。此外，在0.2 T的次级电子的数量被证明是最大的，无论阴极电位。在KIRAMS-13回旋加速器上对改进后的石英绝缘管PIG离子源进行了不同气体流量和不同电弧电流的实验。所设计的离子源的能力也通过在所构建的9 MeV回旋加速器内产生等离子体来证明。结果表明，该离子源能够产生强流H束和高束流，满足9 MeV回旋加速器的要求。模拟结果为优化回旋加速器内等离子体强度和最终离子束流提供了实验约束。
2014-06-03 physics.acc-ph
Optimization and numerical simulation for the accelerator of the commercial H- cyclotron ion source
本文介绍了为CYCLONE 30商用回旋加速器研制的一种新的离子源，该离子源的性能比原离子源有了很大的提高。新设计的离子源具有非常大的透明度，而不会使束流光学劣化，该束流光学被设计为以30 keV递送H束。离子源的等离子体发生器是轴向尖桶型的，并且除了阴极灯丝和等离子体电极侧之外，整个内壁用作阳极。加速器组件由三个由铜制成的圆孔电极组成。模拟研究的重点是找到尽可能大的提高光束透射率和尽可能小的降低光束发散角的参数设置。从模拟结果可知，通过使等离子体电极（G1）薄型化、缩短第一间隙（G1-G2）、调整G2电压，能够实现该目的。
2013-06-05 physics.acc-ph
Intelligent Low-level RF System by Non-destructive Beam Monitoring Device for Cyclotrons
用于医疗诊断和治疗的10MeV PET回旋加速器项目于2012年在Amirkabir技术大学启动。回旋加速器的低电平射频系统主要用于稳定加速电压和控制腔体谐振频率。本文利用束流监测装置和窄带可调谐带通滤波器，设计了适用于大多数AVF回旋加速器的智能低电平射频电路。在本设计中，对于射频相位的检测不需要通过单片机进行信号处理
2015-04-21 physics.acc-ph physics.ins-det
Multimegawatt DAE$δ$ALUS Cyclotrons for Neutrino Physics
DAE $δ$ ALUS（地下科学实验室$δ_{CP}$研究的静态衰变实验）提供了一种新的方法来寻找中微子部门的CP破坏。高功率连续波质子回旋加速器有效地提供了必要的质子束，能量高达800 MeV，从静止的π介子和μ介子衰变中产生中微子。该实验在与大气$Δm^2$区域相对应的短基线处搜索$\barν_μ \rightarrow \barν_e$。将通过逆β衰变检测$\barν_e$。因此，回旋加速器将用于未来的超大型掺钆水或闪烁体探测器。在本文中，我们解决了最具挑战性的问题，回旋加速器为基础的高功率质子驱动器在兆瓦级的动能为800兆电子伏。离子源和注入链，磁铁设计和射频系统等重要的子系统方面将得到解决。精确的束流动力学模拟，包括空间电荷和$\text{H}_2^+$剥离过程，是表征和量化束晕的基础--束晕是高功率粒子加速器中最具限制性的过程之一。
2012-08-01 physics.acc-ph
High current $\mathrm{H}_2^+$ beams from a filament-driven multicusp ion source
最近，使用$\mathrm{H}_2^+$离子代替质子来克服紧凑型回旋加速器中的空间电荷挑战受到了广泛关注。这项技术有可能将紧凑型回旋加速器的可用束流增加一个数量级，为能源研究，医学同位素生产和粒子物理学的应用铺平道路，例如通过IsoDAR实验决定性地寻找无菌中微子。对于IsoDAR，我们不仅仅使用$\mathrm{H}_2^+$，还通过嵌入在回旋加速器轭中的射频四极（Radio Frequency Quadrupole，缩写为QF）添加了预聚束。这对离子源提出了束纯度和束质量限制，迄今为止还没有公开的离子源同时证明了这一点。在这里，我们报告的结果，从一个新的multicusp离子源（MIST-1），产生世界上最高的稳态电流的$\mathrm{H}_2^+$从这种类型的离子源（1毫安），具有极低的发射率（0.05 $π$ -毫米-毫拉德，RMS，归一化）和高纯度（80% $\mathrm{H}_2^+$）。这一结果表明，使用多尖锥离子源的IsoDAR和直接注入原型的可行性，并铺平了道路，以记录打破连续波（cw）5 mA $\mathrm{H}_2^+$（相当于10 mA质子）从紧凑型回旋加速器，理想的地下安装的束流。这代表了一个重大的进步，特别是对中微子物理和高功率回旋加速器设计的影响。
2021-03-10 physics.acc-ph
Space Charge Effects in Cyclotron Gas Stopper
回旋加速器气体阻塞器是一种新提出的用于阻止稀有同位素离子在充氦室中发生射弹碎裂反应的装置。放射性离子通过与回旋加速器型磁体内的缓冲气体碰撞而减速，并且通过与施加到一系列同心电极（RF地毯）的射频（RF）场的相互作用而被提取。本研究的重点是在离子引出区的空间电荷效应的详细了解。空间电荷是由离子停止产生的电离氦气产生的，并最终限制了射束速率。采用粒子模拟方法，在停止光束产生的空间电荷场中，模拟了电子-氦两组分等离子体通过库仑力相互作用的过程。
2010-04-16 physics.acc-ph
Modelling challenges of the high power cyclotrons for the DAE$δ$ALUS project
设计研究，加速器模块的基础上，能够加速H $_2^+$分子的注入式回旋加速器和超导环形回旋加速器，提出。H $_2^+$分子被箔剥离，产生质子束，最大能量为800 MeV，束功率为8 MW（CW）。该束流将被发送到束流收集器，在那里中微子将从静止的π介子和μ子衰变中产生，用于地下科学实验室- DAE $δ$ ALUS的$δ_{CP}$静止衰变实验。我们讨论了H $_2^+$分子在加速方面的优势，并给出了精确的束流动力学模拟。提取和光束损失。通常，束流损失是这种高功率回旋加速器设计中最具挑战性的部分之一，并且必须在设计的早期就解决。我们还解决了H $_2^+$解离和剥离过程，这是DAE $δ$ ALUS设计中的另外两个特征性挑战。
2012-08-31 hep-ex physics.acc-ph
Measurement and application of electron stripping of ultrarelativistic $^{208}\textrm{Pb}^{81+}$
在欧洲核子研究中心（CERN）的先进尾场实验中，对超相对论类氢铅离子通过铝和硅的剥离截面进行了新的测量。协议与现有的测量和理论已经获得。在电子束质量和离子束诊断能力方面的改进，以及这种电子束的进一步应用，进行了讨论。
2020-06-29 hep-ex physics.acc-ph
Cyclotrons: Magnetic Design and Beam Dynamics
介绍了经典、等离子和同步回旋加速器。在这些加速器的横向和纵向束动力学覆盖。本文较详细地讨论了紧凑型等电子回旋加速器的垂直聚焦和等时性问题。讨论了回旋加速器磁场等时化的不同方法。解释了经典回旋加速器的局限性。同步回旋加速器的典型特征，如束流捕获问题，稳定的相位运动，和提取问题进行了讨论。束注入的主要设计目标的解释和特殊的问题与内部离子源的中心区域被认为是。介绍了潘宁离子规源的工作原理。简要讨论了回旋加速器中心的垂直聚焦问题。给出了几个数值模拟的例子。简要概述了（轴向）注射的不同方法。描述了用于光束提取的不同解决方案。这些包括内部目标、剥离提取、使用偏转器的共振提取、再生提取和自提取。解释了创建转弯间隔的不同方法。不同类型的提取设备，如谐波线圈，偏转器，和梯度校正通道，概述。给出了回旋加速器磁设计的一些一般性考虑，并讨论了现代磁建模工具的使用，以及一些说明性的例子。选择一种方法，其中重点不在于完整性和严格性（因为这已经完成），而更多地在于解释和说明医用回旋加速器中使用的主要原理。有时候会采取更工业化的观点。复杂公式的使用是有限的。
2018-04-24 physics.acc-ph physics.med-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
Compact Rare-Earth Superconducting Cyclotron
众所周知，超导性的使用是一种增加回旋加速器的平均场的方法，从而允许其尺寸和质量的大幅减小。我们提出了一个紧凑的高场设计的第一个超导回旋加速器与稀土（钬）极。我们的设计支持质子稳定加速到Ek = 70 MeV，对束流没有明显的限制，适用于眼治疗，同位素生产，放射生物学研究和核物理学的广泛应用。
2019-06-18 physics.acc-ph
Intensity limits of the PSI Injector II cyclotron
我们调查的PSI注入器II高强度分离扇区等离子体回旋加速器的电流限制，在其目前的配置和建议的升级后。加速器驱动的次临界反应堆、中子和中微子实验以及医用同位素生产都受益于电流的增加，即使是在~ 10%的水平上：PSI回旋加速器提供了相关的经验。由于空间电荷在低束流能量下占主导地位，注入器是关键的。通过详细的数值模拟了解空间电荷效应和晕形成，为如何最大限度地提高提取电流提供了线索。模拟的空间电荷占主导地位的低能量高强度（9.5 mA DC）的机器，一个复杂的准直器设置在中央区域成形的束，是不平凡的。我们使用的OPAL代码，带电粒子光学计算的工具，在大型加速器结构和束线，包括三维空间电荷。我们有一个精确的模型，目前的生产）注射器II，工作在2.2毫安的电流。一个简单的模型，建议未来（升级）配置的回旋加速器也进行了研究。我们估计强度极限的基础上开发的模型，支持拟合的比例律和测量。我们已经能够进行更详细的分析，束参数和晕发展比以往任何研究。优化技术使模拟设置与Injector II参数和测量更好地匹配。我们表明，在生产配置的束流规模的权力与束的大小为3。然而，在较高强度下，4次幂缩放更适合，将限值设置为约3 mA。如果调整准直方案，可以产生高于迄今为止所实现的5 mA的电流。
2017-07-25 physics.acc-ph
Design of a 10 GHz minimum-B quadrupole permanent magnet electron cyclotron resonance ion source
本文对一个具有最小B四极磁场拓扑结构的永磁体电子回旋共振离子源（ECRIS）进行了模拟研究。使磁场符合常规ECRIS，其中$B_\textrm{min}/B_\textrm{ECR}$为0.67，并且在10 GHz下最后闭合的磁等值面为1.86 $B_\textrm{ECR}$。平行于场的磁场梯度的分布，影响电子加热效率，覆盖从0到13 T/m的范围，类似于传统的ECRIS。因此，预期新型离子源产生大量的暖电子和高电荷态离子。单电子跟踪模拟用于估计等离子体室壁上的等离子体通量分布，并提供在提取狭缝处的离子密度分布的估计，然后用于离子光学模拟，证明通过低能量束传输的高传输。所设计的离子源的目的是研究，如果四极场拓扑结构可以产生高电荷态光束在可比的强度，以传统的ECRIS和有效地传输它们通过一个低能量束线，从而铺平了道路，超导ARC ECRIS使用相同的字段拓扑结构。最后讨论了该离子源作为单端加速器注入器用于离子束分析的前景。
2020-04-21 physics.acc-ph
Analysis of a Cyclotron Based 400 MeV/u Driver System for a Radioactive Beam Facility
强放射性核束的产生需要强而高能的原束。一个工作队对这一问题的分析建议，一个能够在1粒子uA下发射400 MeV/u铀的加速系统是这种设施的适当驱动器。驱动器系统应该能够以更高的强度加速更轻的离子，使得维持恒定的最终束功率（~ 100 kW）。本文件是一个更详细的后续对这种系统的前面的分析，包括回旋加速器。所提出的驱动器预加速系统由离子源、射频四极杆和直线加速器链组成，能够产生30 MeV/u的最终能量和Q/A ~1/3的电荷（Q）/质量（A）。该加速系统之后将是最终输出能量为400 MeV/u的分离扇区回旋加速器。与具有相同初级束输出参数的完全直线加速器系统相比，该系统在初始资本投资以及操作方面提供了更具成本效益的解决方案。
1999-08-20 nucl-ex physics.acc-ph
Design and commissioning of a high-level control system for a medical isochronous cyclotron
本文介绍了为应对MEDICYC医用等时性回旋加速器子系统老化问题，于2021-2024年开发并调试的新型高级控制系统，其负责束流产生输送的协调及数据监测与故障检测，并阐述了软件架构与部署基础设施。
2024-09-25 physics.acc-ph physics.ins-det
Vortex dynamics and shear layer instability in high intensity cyclotrons
我们证明了在回旋加速器中，强流束在垂直于磁场的平面内的空间电荷动力学可用二维不可压缩流体的欧拉方程描述。与流体动力学的这种类比给出了一个统一且直观的框架来解释实验和模拟中观察到的光束螺旋和光束分裂行为。特别是，我们表明，光束分裂是一个经典的不稳定性发生在流体剪切流的结果。我们给标度律的不稳定性和预测的非线性演化的光束受it. Our工作表明，回旋加速器可能是唯一适合的剪切层和涡旋分布的实验研究，是无法实现的潘宁-Malmberg陷阱。
2016-04-15 physics.acc-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Laser Stripping via a Broad Stark State for a High-Intensity Proton Ring
提出了一种新型的利用激光束和波荡器磁体对高强度质子环进行电荷交换注入的方案。基元剥离过程是通过在势垒峰值附近的能级处的斯塔克效应形成的宽斯塔克态的共振光电离。本文介绍了用于估算所需激光束和磁场参数的方法。作为实际加速器的应用，提出了一种采用高精细度法布里-珀罗谐振腔和波荡器的激光剥离系统。对H $^0$原子的抽运导致的光子损失、系统的可调谐性以及波荡器磁体中的剥离导致的发射度增长进行了估算。
2002-11-07 physics.acc-ph physics.atom-ph
Beam Induced Electron Cloud Resonances in Dipole Magnetic Fields
加速器中低能电子的积累，称为电子云，可能严重损害机器性能。在特定的束流条件下，束流可以与云动力学共振，加速电子的积累。本文将研究两个这样的效果：二次碰撞共振，其中的云的发展时间是与聚束间距共振，和回旋共振，其中的回旋周期的电子在磁场是聚束间距的倍数。这两种共振已被研究直接在偶极场使用减速场分析仪安装在康奈尔电子储存环（CESR）。这些测量结果得到了分析模型和计算机模拟的支持。
2016-07-23 physics.acc-ph
An RFQ Direct Injection Scheme for the IsoDAR High Intensity $\mathrm{H}_2^+$ Cyclotron
IsoDAR是一种新的实验，旨在通过$\barν_e$消失来测量中微子振荡，从而提供对无菌中微子的明确搜索。为了产生必要的反中微子流，需要高强度的初级质子束。在IsoDAR中，$\mathrm{H}_2^+$被加速并在靶之前被剥离成质子，以克服注入时的空间电荷问题。作为设计的一部分，我们已经改进了一个旧的建议，使用一个注入器轴向注入聚束$\mathrm{H}_2^+$离子到驱动回旋加速器。该方法与经典的低能束传输（LEBT）设计相比具有几个优点：（1）聚束效率高于先前考虑的双间隙聚束器，因此总注入效率更高。这放松了对离子源所需的$\mathrm{H}_2^+$电流的约束。(2)可以减小LEBT的总长度。(3)电子束也能加速离子。这使得离子源平台的高电压从70 kV降低到15 kV，使地下安装更容易。我们提出的初步设计参数和第一束动力学模拟从离子源的螺旋偏转入口。
2015-07-26 physics.acc-ph
Beam Dynamics in High Intensity Cyclotrons Including Neighboring Bunch Effects: Model, Implementation and Application
空间电荷效应作为最重要的集体效应之一，在强流回旋加速器中起着重要的作用。然而，对于回旋加速器与小匝分离，其他现有的影响是同样重要的。径向相邻的聚束的相互作用也存在，但它们的组合效应尚未得到任何详细的研究。本文首次提出了一种新的基于单胞粒子的自洽数值模拟模型。该模型涵盖了相邻束效应，并实现了三维面向对象的并行代码OPAL-cycl，风味的OPAL框架。我们讨论这个模型连同其实施和验证。模拟结果从PSI 590兆电子伏环形回旋加速器的背景下，正在进行的高强度升级计划，其目的是提供一个1.8兆瓦（CW）的光束功率在目标目的地。
2010-03-01 math-ph math.MP physics.acc-ph
Matching of turn pattern measurements for cyclotrons using multi-objective optimization
使用数值模型研究粒子束的演化是粒子加速器设计过程中的一个重要步骤。然而，输入量（如束流能量和磁场）的不确定性导致模拟结果与测量结果不完全一致，因此，最终的机器将表现出与模拟略有不同。在回旋加速器的情况下，这种差异会影响整个转弯模式，甚至可能改变PSI环回旋加速器装置中可能损害等时性的匝数误差由18个微调线圈提供的附加磁场补偿。这些线圈通常在模拟中没有出现或其实现非常简单。本文提出了一种新开发的粒子加速器框架OPAL内的实际微调线圈模型，用于匹配PSI环回旋加速器的匝数模式。由于由48个设计变量组成的高维搜索空间（模拟输入参数）和182个目标（即转弯）模拟和测量不能以直接的方式匹配。一个进化的多-采用每代超过8000个个体的群体大小与局部搜索方法一起进行目标优化，将最大绝对误差降低到4.54 mm共182个转弯
2019-06-04 physics.acc-ph
Preliminary Design Study of High-Power H2+ Cyclotrons for the DAEdALUS Experiment
本报告提供了第一个设计的H2+加速器作为DAEdALUS中微子源。提供了从离子源到提取束的系统的所有方面的描述。分析提供了一个完整的回旋加速器系统，它可以提供必要的束流功率的CP破坏搜索DAEdALUS合作提出的原则的第一个证明。
2011-07-04 hep-ex physics.acc-ph
Towards Quantitative Simulations of High Power Proton Cyclotrons
PSI操作一个基于回旋加速器的高强度质子加速器，平均束流功率为1.3MW。有了这种力量，该设施处于世界高强度质子加速器的最前沿。束流实际上受到提取时的损失和由此产生的加速器部件的激活的限制。进一步的强度升级和旨在更高平均光束功率的新项目，只有在相对损耗可以按比例降低，从而将绝对损耗保持在恒定水平的情况下才有可能。将束流损失保持在允许手动维护的水平是任何高功率质子机设计和操作中的主要挑战。因此，在这些水平上预测束晕是一个巨大的挑战，将在本文中解决。高功率强子驱动器在许多科学领域都有着广泛的应用，近年来，人们对高功率强子驱动器的回旋加速器技术越来越感兴趣。本文将简要介绍OPAL，一个精确的束流动力学模拟工具，包括三维空间电荷。OPAL的风格之一（OPAL循环）是致力于高功率回旋加速器建模，并在更详细的解释。然后，我们解释如何获得我们的PSI环回旋加速器的初始条件，仍然提供了1.3兆瓦的连续波（CW）的束功率的世界纪录。几个关键步骤的解释是必要的，能够预测尾巴的水平3σ... PSI环回旋加速器中的4σ。我们比较我们的结果在提取与测量，获得了1.18兆瓦的连续波生产光束。基于测量数据，我们开发了一个简单的线性模型来预测作为强度的函数的提取光束的光束尺寸，并通过模拟来确认该模型。
2010-12-21 math-ph math.MP physics.acc-ph
A Response to arXiv:1512.09181, "Space Charge Limits in the DAEdALUS DIC Compact Cyclotron"
该文件解决了由于空间电荷而引起的对可以注入紧凑型回旋加速器并被其接受的最大H2+离子束电流的可能限制的关注。紧凑型回旋加速器的讨论主要是在拟议的DAEdALUS和IsoDAR中微子实验的背景下。这些问题由协作组审查，并单独处理。虽然其中一些担忧是有道理的，并对拟议的计划提出了严峻的挑战，但合作并没有立即停止。然而，所提出的一些问题显然需要认真加以解决-通过分析、模拟和实验加以解决。本报告讨论了这一问题，提到了已经开展的工作，并概述了今后的计划。
2016-02-25 physics.acc-ph
The New Gas Stripper and Charge State Separator of the Gsi High Current Injector
1999年，GSI Unilac被升级为SIS的高电流注入器。因此，在1.4 MeV/u的剥离部分[1]中，必须建立最高空间电荷条件下的束流传输和多束流操作，这是全新设计的。将介绍汽提塔部分的调试结果。束流传输到新的气体剥离器，并在空间电荷条件下的电荷状态分析证实了计算。来自MEVVA离子源并由新注入器直线加速器加速的238 U4+束被剥离（具有预期的剥离效率）到电荷状态28+，并被新谱仪（15度和30度冲击磁体）成功分离。在最高空间电荷条件下，用15 emA的40 Ar 10+离子束研究了后剥离器加速器的输运和匹配。特别是空间电荷和电荷状态相关的发射度增长效应在6d相空间将被讨论。
2000-08-16 physics.acc-ph
Intensity Limit in Compact H$^-$ and H$_2^+$ Cyclotrons
紧凑型H $^-$回旋加速器在全球范围内用于生产医用同位素。具有外部离子源的机器已证明平均提取电流在几mA的数量级，尽管报告的操作数字通常在1 mA左右或更低。为了探索从这种回旋加速器中提取更多电流的可能性，重要的是要了解驱动强度极限的机制以及它们如何扩展。本文综述了紧凑型回旋加速器中心区束流动力学的一些关键问题，包括射频电聚焦和空间电荷效应。我们推导出的RF间隙电压，谐波数等的相位接受的缩放，我们还探讨了缩放与不同类型的离子，如H $^-$，H $_2^+$和H $_3^+$。我们讨论了中心区域电极的机械侵蚀的影响。本文以TR-30系列和TRIUMF 500 MeV小型H $^-$回旋加速器的实例和实验数据为参考。
2023-01-04 physics.acc-ph
High Power, High Energy Cyclotrons for Decay-At-Rest Neutrino Sources: The DAEdALUS Project
中微子物理是当今研究的前沿课题。安装在地下的大型探测器利用飞行中衰变的μ子产生的中微子束研究中微子特性。DAEDALUS观察来自停止μ子的中微子，即“静止衰变”（DAR）中微子。DAR中微子谱实际上没有电子反中微子（基本上所有的π-都被吸收），因此具有自由质子的探测器对通过逆β衰变（IBD）从nu-mu-bar振荡的nu-e-bar的出现很敏感。振荡是使用相对接近探测器的源来研究的，但它探索了与长基线实验中的高能中微子束相同的物理学。由于DAR光谱是固定的，基线是不同的：计划要求在1.5、8和20公里处使用3个基于加速器的中微子源，并错开光束开启时间。紧凑的，具有成本效益的超导环形回旋加速器加速分子氢离子（H2+）到800 MeV/n的剥离提取正在设计的L。加尔各答和他的团队。这种革命性的设计可以在许多与ADS相关的领域中找到应用。
2011-09-30 hep-ex physics.acc-ph physics.ins-det
Redundant Field Survey Data of Cyclotron with Imperfect Median Plane
准确而详细的场图对于回旋加速器束流动力学研究是非常重要的。在回旋加速器研究的漫长历史中，回旋加速器的先驱者们发展了许多处理正中平面场图的技术。本文以TRIUMF 500 MeV回旋加速器为例，研究了由于不完全的中面对称性而引起的不对称场。本文采用“Gordon方法”和一种高精度的紧致有限差分法对历史野外调查资料进行了研究。利用展开法揭示了测量数据中的冗余性，并对测量误差进行了修正。最后，使用径向场图$B_r$校正正中平面中的方位场$B_θ$和轴向场$dB_z/dz$的轴向梯度。通过重新计算TRIUMF回旋加速器的平衡轨道特性，考察了修正的影响。结果表明，闭合轨道的垂直定心误差显著增大。进一步的模拟研究表明，通过在我们的微调线圈的电源的输出限制内调节微调线圈的$B_r$场，这些中心误差可以减小到1.5 cm以下。测量场数据中的误差可以解释为什么在1974年回旋加速器调试期间计算的调整线圈的设置遇到困难。
2022-11-02 physics.acc-ph
Relativistic Lagrangian and Hamiltonian Description of a Beam with Space-Charge
H.~提出的辛粒子算法的应用秦{ \it等}回旋加速器中的空间电荷
2016-08-29 physics.acc-ph
