Longitudinal Beam Dynamics in Circular Accelerators
本文介绍了圆形加速器的纵向束流动力学。在简要讨论了几种类型的圆形加速器后，它集中在同步加速器中的粒子运动。概述了运动方程，讨论了束流传输过程中的相空间匹配，并介绍了纵向运动的哈密顿量。
2020-11-04 physics.acc-ph
An Algorithm for Calculating the Spin Tune in Circular Accelerators
本文提出了一种计算圆形加速器自旋调谐和n轴的新算法。该方法类似于在现有的程序代码SODOM中使用的一个，在等距轨道角变量的单圈数值自旋映射，但它比后者更有效。此外，它是适用于在n轴的大开角，而现有的SODOM只收敛于小角度。
1999-02-24 physics.acc-ph
Cylindrical Circular and Elliptical, Toroidal Circular and Elliptical Multipoles Fields, Potentials and their Measurement for Accelerator Magnets
粒子加速器跟踪的最新进展表明，场表示是预测精度的主要限制之一，特别是对于机器，其孔径完全由束填充，因此必须彻底理解高阶模式产生的伪影。由于圆柱形多极子直接对应于笛卡尔坐标，因此今天用于场演示的标准工具是圆柱形圆形多极子。在本文中，我们将标准方法扩展到其他坐标系，展示了如何在FAIR项目中测量SIS100磁体时测量这些坐标系。
2014-10-29 physics.acc-ph
Issues and R&D Required for the Intensity Frontier Accelerators
我们讨论了强度前沿加速器所需的主要问题和研发，因此为2013年APS/DPF社区夏季研究（Snowmass-2013）提供了投入。
2013-05-29 hep-ex physics.acc-ph physics.ins-det
Snowmass'21 Accelerator Frontier Report
在2020 - 2022年，在Snowmass加速器前沿（AF）的相应专题工作组以及与其他前沿的许多联合会议，Snowmass范围内的会议，一系列学术讨论会式的Agoras，跨前沿论坛上进行了广泛的讨论和审议μ子和电子-正电子对撞机以及对撞机实施工作组（ITF）。这些活动的成果在本加速器前沿报告中进行了总结。
2022-11-17 hep-ex physics.acc-ph
Resonant Laser Cooling of Circular Accelerator Beams
研究了相对论带电粒子环形加速器束流的共振激光冷却。结果表明，在给定外加电磁波振幅（小增益自由电子激光）的近似下，带电粒子束的发射度减小。在质量能量单位约为100的粒子能量场中，束流能量损失可以忽略不计。所发现的效应可用于各种加速器中带电粒子束的冷却。通过将冷却装置放置在加速器轨道的适当点中，可以实现显著的冷却速率。考虑了各种情况下的谐振激光冷却。这种带电粒子束冷却方法可以应用于电子和各种相对论重粒子束的圆形加速器，并且与任何其他冷却方法相比，具有显著的约3-4个数量级的冷却时间。
2004-11-01 physics.acc-ph
Analytical estimation of the dynamic apertures of circular accelerators
通过考虑δ函数的六极、八极和十极扰动，并利用差分作用角变量方程，我们得到了估算单六极、单八极和单十极（一般为单2 $m$极）圆加速器动态孔径的一些有用的解析公式。它们的组合效应是根据奇里科夫随机运动的发病标准。并与数值模拟结果进行了比较，两者吻合较好.这些公式已用于确定圆形对撞机中束-束限制动态孔径。
2000-05-09 physics.acc-ph
Snowmass 2021 Accelerator Frontier White Paper: Near Term Applications driven by Advanced Accelerator Concepts
虽然先进加速器社区的长期愿景旨在应对未来对撞机技术的挑战，但社区必须利用这一机会，通过其近期应用产生巨大的社会影响。反过来，启用强大的应用程序可以加强底层加速器基础设施的质量、控制和可靠性。白皮书将总结高级加速器社区提出的近期应用想法，评估其潜在影响，讨论概念的科学和技术准备情况，并提供实施的时间轴。
2022-03-17 hep-ex physics.acc-ph
A High-power 650 MHz CW Magnetron Transmitter for Intensity Frontier Superconducting Accelerators
提出了一种基于两级注入锁定CW磁控管的650 MHz CW磁控管发射机的概念，该发射机具有相位和功率的快速控制，用于驱动强度前沿加速器的超导腔（SC）。这个概念是基于一个理论模型，考虑磁控管作为一个强制振荡器和实验验证的2.5兆瓦脉冲磁控管。为了满足SC加速器的相位和输出功率要求的快速控制，两个两级注入锁定CW磁控管与3 dB混合相结合。通过改变磁控管之一的输入相位来实现输出功率的快速控制。对于输出功率高达250千瓦，我们预计输出/输入功率比约为35至40分贝的CW或准CW模式与长脉冲持续时间。发射机的所有磁控管应基于市售型号，以降低系统成本。一个实验模型，使用1千瓦，连续波，S波段，注入锁定磁控管与3分贝的混合组合器已经开发和建立的研究。在这项工作中的模型，模拟和实验结果的描述和讨论。
2013-01-25 physics.acc-ph
Future HEP Accelerators: The US Perspective
自20世纪30年代加速器问世以来，加速器技术取得了巨大的进步，粒子加速器已成为高能物理（HEP）研究中不可或缺的工具，可以在越来越小的距离上探测自然。目前，加速器设施可以分为能量前沿对撞机，使直接发现和研究高质量尺度粒子和强度前沿加速器的探索极其罕见的过程，通常在相对较低的能量。全球能源前沿粒子物理界的近期战略集中在通过其高光度升级（HL-LHC）充分开发欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）的物理潜力，而强度前沿HEP研究则集中在兆瓦级束流功率加速器设施（如费米实验室主注入器）的中微子研究，计划PIP-II SRF直线加速器项目。一些下一代加速器设施已经提出，目前正在考虑中期和长期的未来计划的加速器为基础的高能物理研究。在本文中，我们简要回顾后LHC能量前沿的选择，无论是轻子和强子对撞机在世界各地，以及未来可能的强度前沿加速器设施。
2016-03-24 hep-ex physics.acc-ph
Future High Energy Frontier Colliders
自20世纪中叶碰撞束方法问世以来，对撞机一直处于高能粒子物理科学发现的最前沿。加速器领域非常活跃，许多创新概念目前正在考虑，例如希格斯工厂和LHC以外的能量前沿对撞机等未来设施。在这里，我们简要地概述了领先的建议和研究对下一代对撞机和讨论他们的主要挑战，以及相应的加速器的R和D计划，以解决其成本和性能风险的方向。
2019-07-02 physics.acc-ph
Quantum Ground State and Minimum Emittance of a Fermionic Particle Beam in a Circular Accelerator
在加速器物理学的通常参数范围内，粒子系综可以被视为经典的。然而，如果我们接近一个区域，其中$ε_xε_yε_s \approx N_{particles} λ_{Compton}^3，那么量子力学相空间的颗粒结构就成为一个问题。特别是，我们必须考虑泡利不相容原理，它将限制费米子束的最小可达发射度。我们计算了这些最低的情况下的群聚和惯性光束在零温度和它们的一阶变化率在有限的温度下的发射度。
2001-07-04 physics.acc-ph
Coherent transverse instability of bunched beams in circular accelerators
研究了环形加速器中束团的相干横向振荡。使用了三种不同的聚束模型：方形势阱中的空心聚束、抛物形势阱中的方形聚束和抛物形势阱中的抛物形聚束。在所有的情况下，聚束空间电荷场，尾波场，和色度考虑。研究了聚束本征模和各种不稳定性。通过对结果的比较和分析，确定了模型的适用范围。朗道阻尼的作用，由于SC场的纵向坐标上的依赖进行了讨论。
2020-11-30 physics.acc-ph
Considerations On Energy Frontier Colliders After LHC
自20世纪60年代以来，粒子对撞机一直处于粒子物理学的前沿，共建造和运行了29台，目前正在运行的有7台。目前，美国、欧洲和国际粒子物理界的近期战略集中在通过其高光度升级（HL-LHC）充分开发大型强子对撞机（LHC）的物理潜力。世界范围内的高能物理社区的未来关键取决于可能的后LHC对撞机的可行性。可行性的概念是复杂的，至少包括三个因素：能量的可行性，光度的可行性和成本的可行性。在这里，我们概述了所有当前的选择后LHC对撞机从这样的角度（ILC，CLIC，μ子对撞机，等离子体对撞机，CEPC，FCC，HE-LHC），并讨论了主要的挑战和加速器的R&D所需的证明LHC后的能源前沿加速器设施的可行性。最后，我们将探讨基于等离子体和晶体的终极能量到达加速器，并讨论基于加速器的粒子物理学的未来前景。本文在很大程度上遵循了先前的研究和在芝加哥ICHEP 2016会议上的演讲。
2017-05-04 physics.acc-ph
Dynamical Effects Due to Fringe Field of the Magnet in Circular Accelerators
从哈密顿系统的矢势出发，导出了单多极子和螺线管硬边边缘场的主要Lie发生器，包括色效应。这些非线性发生器被应用到PEP-II的相互作用区域，以分析由于偏心四极杆和螺线管的反馈而引起的线性误差。研究了大幅度调谐漂移的非线性效应、半整数附近的同步电子感应加速器边带及其对动态孔径的影响。
2005-05-23 physics.acc-ph
Probing the diffusive behaviour of beam-halo dynamics in circular accelerators
能量前沿的圆形粒子加速器基于超导磁体，超导磁体对束流损失非常敏感，因为这些可能会引起猝灭，即转换到正常导电状态。此外，存储在循环束中的能量是如此之大，以至于硬件完整性处于严重的危险之中，并且机器保护对于达到标称加速器性能变得至关重要。在这种具有挑战性的背景下，束晕成为性能限制的潜在来源，需要详细了解其动力学，以评估它是否会成为加速器的一个问题。在本文中，我们详细讨论了一种新的框架，基于扩散的方法，模拟束晕动力学。由Nekhoroshev定理给出的扰动级数的最优估计的函数形式被用来提供作用扩散系数的函数形式。我们的目标是提出一个有效的束晕动力学模型，并设计一个有效的实验程序，以获得一个准确的测量扩散系数。
2022-02-21 physics.acc-ph
Hydrostatic Level Sensors as High Precision Ground Motion Instrumentation for Tevatron and Other Energy Frontier Accelerators
粒子加速器推动了我们知识的极限，以寻找关于微观世界和我们宇宙的最基本问题的答案。在这些追求中，加速器发展到越来越高的能量和粒子束强度以及越来越小的束尺寸。其结果是，现代现有的和计划中的能源前沿加速器的要求非常严格的公差对齐和稳定性的元素：磁铁，加速腔，真空室等。在这篇文章中，我们描述了仪器开发和使用的加速器费米实验室的Tevatron（FNAL，巴达维亚，IL美国）和研究走向国际直线对撞机（ILC）。该仪器包括用于甚低频测量的静压液位传感器（HLS）。我们提出的传感器的设计特点，概述其技术参数，描述测试和校准程序，并讨论不同的操作制度。这些探测器的地面运动测量的实验结果将在随后的文件。
2012-05-08 physics.acc-ph physics.ins-det
Simulation on Buildup of Electron Cloud in Proton Circular Accelerator
电子云与高能正束流的相互作用被认为是导致高功率质子环形加速器真空退化、集体束流不稳定甚至束流损失等各种不良效应的原因。预测电子云不稳定性的一个重要不确定性在于电子云产生和积累的详细过程。对电子云的建立过程进行数值模拟是进一步研究电子云引起的束流不稳定性的必要条件。中国空间中子源（CSNS）是正在建设中的最大的科学工程，其加速器组合体包括两个主要部分：H-直线加速器和快循环同步加速器（RCS）。RCS积累80 MeV质子束，并以25 Hz的重复频率将其加速到1.6GeV。在低能束流注入过程中，出现的电子云会引起真空管的严重不稳定和束流损失。开发了CSNS/RCS中电子云的建立、分布和密度的仿真程序。
2015-08-01 physics.acc-ph
Optimizing the Bent Crystal Parameters for High-Efficiency Beam Extraction and Collimation in Circular Accelerators
利用弯曲晶体中的沟道效应，确定了圆形加速器中光束引出和准直系统的效率。的提取效率的晶体的几何参数（其长度，厚度和弯曲角度），系统组件的方位角位置，和偏移的隔膜或刮刀的依赖关系。晶体缺陷（非晶层，取向差，和扭转）的系统的效率上的影响被认为是，并提出了他们的公差。结果表明，通过优化晶体参数和系统元件的位置，在2GeV ~ 7 TeV的宽能量范围内，可以获得>95%的提取效率。
2011-08-15 physics.acc-ph
Exploring the Potential of Resonance Islands and Bent Crystals for a Novel Slow Extraction from Circular Hadron Accelerators
本研究探讨结合共振岛与弯曲晶体技术，设计圆形强子加速器新型慢引出方法的潜力，该方法有望大幅降低强流束应用中引出装置的束流损失。
2024-09-17 physics.acc-ph
Re-evaluation of Spin-Orbit Dynamics of Polarized e+ e- Beams in High Energy Circular Accelerators and Storage Rings: an approach based on a Bloch equation
我们给出了一个概述，我们目前/未来的分析和数值计算工作的自旋极化在高能电子储存环。我们的目标是研究CEPC和FCC-ee的偏振可能性，我们的工作是基于Derbenev和Kondratenko在1975年提出的偏振密度的Bloch方程。我们还给出了一个大纲的标准方法，后者是基于Derbenev-Kondratenko公式。
2021-01-22 physics.acc-ph
Linear-circular proton accelerator with energy 0.8 GeV based on a rectangular cavity with E110 wave
本文研究了长l = 10 m，宽b = 20 m，高a = 1.01 m的腔体中质子的加速问题，腔体位于两个弯曲（180）度的等磁磁场磁体之间。该腔装有成排的漂移板（管），由频率fo = 148.5MHz的E110型波激励，激励功率P1 = 5.65MW。此外，腔体被馈入功率P2 = 8 MW，传输到具有诸如最终能量0.8GeV、脉冲束流I = 10 mA、脉冲宽度25微秒、重复频率10 Hz的参数的质子束中。我们讨论了在这种加速器的基础上建立一个强度为In = 3e ~（14）中子/s的脉冲中子源的可能性。
2011-01-14 physics.acc-ph
Numerical simulations of electron-cloud build up in circular accelerators in the presence of multimode-distribution beams
电子云效应已成为正电荷束运行的圆形粒子加速器的主要性能限制之一。在世界各地的其他机器中，欧洲核子研究中心的超级质子同步加速器（SPS）以及大型强子对撞机（LHC）都受到这些现象的影响。近年来，人们一直致力于提高对电子云（EC）产生的理解，以找到有效的缓解措施。在加速器物理学的不同领域，横向相空间中的非线性共振已经被提出作为操纵带电粒子束的新手段。虽然最初的目标是从CERN质子同步加速器（PS）执行多圈提取，但已经提出了其他几种应用。本文研究了水平多模分布的带电粒子束产生EC的问题。这种特殊的分布可以通过不同的方法产生，其中之一包括通过穿过非线性共振来分裂初始高斯光束分布。在本文中，详细的数值模拟的结果进行了介绍和讨论。
2020-01-20 physics.acc-ph
Report of the ICFA Beam Dynamics Workshop 'Accelerators for a Higgs Factory: Linear vs. Circular' (HF2012)
本文是ICFA束流动力学研讨会“希格斯工厂加速器：线性与圆形”（HF 2012）的总结报告。它讨论了四种类型的加速器作为希格斯工厂的可能候选者：线性e+e对撞机，圆形e+e对撞机，μ子对撞机和光子对撞机。比较包括：物理范围、性能（能量和亮度）、升级潜力、技术成熟度和准备程度以及需要进一步研发的技术挑战。
2013-02-15 hep-ex physics.acc-ph
Error analysis of linear optics measurements via turn-by-turn beam position data in circular accelerators
在过去的几十年里，世界上几乎所有的圆形加速器都开发、测试和实施了许多先进的技术来测量线性光学。然而，更大的可用性和准确性的光束诊断和线性磁晶格缺陷的更好的校正（β跳动在1%的水平和耦合在0.1%）正在达到什么似乎是不同的测量技术的内在准确性和精度。本文的目的是突出和量化，如果可能的话，一个标准的方法，谐波分析轮流光束位置数据的局限性。为此，新的解析公式的评价修改聚焦误差的晶格参数。这项研究的意外结论是，对于ESRF储存环（以及可能在超低耦合和类似诊断下运行的任何第三代光源），通过轨道光束位置数据测量和校正线性光学器件比逐圈数据分析更可取。
2018-04-17 physics.acc-ph
Single bunch transverse instability in a circular accelerator with chromaticity and space charge
本文阐述了圆加速器中束团的横向不稳定性。提出并发展了一种新的三模模型来描述束团中最不稳定的模式。这个简单而灵活的模型包含了色品和空间电荷，并且可以用于任何束团和尾流形式。得到了三阶代数方程形式的本征色散方程。已知的头-尾和TMCI模式出现的极限情况下，明显地限制在零色度。结果表明，不稳定性参数对束流模型的依赖性很小，但对尾流形状很敏感。特别是，空间电荷效应的文件进行了研究，它表明，它们的影响取决于符号的尾流场增强聚束稳定性，如果尾流是负的。详细地考虑了阻性壁尾流，包括单个效应和集体效应的比较。与早期出版物的结果进行了比较。
2015-09-16 physics.acc-ph
Manipulation of transverse emittances in circular accelerators by crossing non-linear 2D resonances
在圆形加速器中控制带电粒子束横向动力学中的非线性效应为控制某些束流特性开辟了新的可能性。通过跨越稳定的一维非线性共振进行光束分裂是CERN质子同步加速器常规操作的一部分。光束在水平面上创建的稳定岛内进行捕获和传输，以允许多圈提取到超级质子同步加速器，光束用于固定目标实验。该过程仅作用于水平束流发射度，引起其初始值的减小。在本文中，我们提出了一个概括的这种方法，其中两个横向平面所提出的技术的影响。我们将详细讨论如何操纵的横向发射度通过一个受控的交叉的2D非线性谐振。新的技术将通过讨论的哈密顿模型的理论分析，以及使用更现实的非线性辛映射模拟所提出的操作的性能。
2022-02-09 physics.acc-ph
Future accelerator projects: new physics at the energy frontier
本文综述了未来环形和线性对撞机在能量前沿探索新物理的潜力，包括对BSM现象的搜索，并强调了不同对撞机选项的科学目标。
2023-06-22 hep-ph physics.acc-ph
Crystal-Assisted Beam Extraction and Collimation at the U-70 Circular Accelerator
新的晶体技术--基于薄直板的弯曲条阵列和扇形反射器--已被用于U-70加速器中能量为50 GeV和1.3 GeV的循环束的提取和准直研究。它示出，新的设备可以有效地引导光束在很宽的能量范围内。对于能量为50 GeV的质子，提取和准直效率达到90%左右，这是该方法的最高记录。与通常的一级准直方案相比，在应用不同晶体的加速器中也观察到粒子损失减少2-3倍。
2011-02-14 physics.acc-ph
Beam Test Facilities for R&D in Accelerator Science and Technologies
这是Snowmass关于加速器科学和技术研发的束流测试设施的白皮书，它被提交给加速器前沿的两个主题组：AF1和AF6。
2022-03-21 physics.acc-ph
A novel non-adiabatic approach to transition crossing in a circular hadron accelerator
跃迁能量的穿越是一个微妙的过程，是强子环形加速器中带电粒子束动力学强扰动的潜在来源。自第一代多GeV环以来，人们一直在进行深入的研究，以了解跃迁穿越中可能涉及的有害机制，并制定缓解措施。目前，已有几台圆形粒子加速器成功地实现了跨跃变，并对这一过程进行了较好的掌握。在一个完全不同的背景下，横向相空间的稳定共振已经被提出作为操纵带电粒子束的新手段。虽然这种提议的最初目的是从CERN质子同步加速器到超级质子同步加速器的多圈提取，但已经提出并详细研究了更多的应用。在本文中，这两个主题，即过渡跨越和稳定的共振，已被带到一起的目标是提供一种新的和非绝热的方法来执行一个干净的过渡跨越。这里提出的想法是，通过明智地使用六极和八极，可以生成水平相空间的稳定岛。这些岛表示第二闭合轨道，其属性可以独立于标准闭合轨道（即中央闭合轨道）的属性进行选择。这提供了一种通过在两个闭合轨道之间移动射束来执行带电粒子所经历的跃迁能量的非绝热变化的手段。
2021-09-01 physics.acc-ph
Transverse-Longitudinal Emittance Transfer in Circular Accelerators Revised
我们修改了本文的前一个版本，提出了一种方法来转移发射度从横向平面的纵向。结果表明，该系统表现出非哈密顿行为，因为在横向谐振器的端部处的横向电场的纵向分量没有包括在模型中。包括那些场，6D发射度是守恒的。我们回顾背后的发射度守恒的机制。仍然可以产生发射度转移，其中RF四极场在短时间段内将调谐设置在同步电子感应加速器谐振上，然后将横向RF场减小到零。我们发现，即使在加速器中没有特殊的装置来激发横向和纵向平面之间的耦合，横向RF场的作用是快速地改变横向调谐，使系统在短时间内进入同步感应加速器共振。发射度有从发射度大的平面流向发射度小的平面的趋势。
2008-12-04 physics.acc-ph
Machine Protection and Interlock Systems for Circular Machines - Example for LHC
本文介绍了圆形粒子加速器的束流意外损失防护。费米实验室的TEVATRON和欧洲核子研究中心的超级质子同步加速器（SPS）等加速器的光束中储存的能量已经在不受控制的光束损失的情况下造成了严重的损害。随着欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC），储存在粒子束中的能量已经达到了比以前的加速器高出两个数量级的数值，并对储存在粒子束中的能量的危害构成了新的威胁。一次损坏加速器关键部件的事故可能会中断多年的运行。必须对设备进行束流事故防护。设计机器保护系统需要对加速器物理和操作有很好的理解，以预测可能导致损坏的可能故障。机器保护包括射束和设备监控、安全停止射束操作的系统（例如，将射束抽向专用射束收集块或在低能量时停止射束）以及在这些系统之间提供粘合剂的联锁系统。本讲座将概述加速器保护系统的设计，并介绍各种保护系统。的原则说明与LHC的例子。
2016-08-10 physics.acc-ph
Nonlinear optics as a path to high-intensity circular machines
是什么阻止了我们建造超高强度加速器？答案是具体情况，但它通常指向以下现象之一：机器共振，各种调谐偏移（和传播）和不稳定性。这三种现象在所有现有的机器中是相互依存的。在本文中，我们提出了一种减轻这些现象的路径，使加速器非线性。这个想法并不新鲜：Orlov（1963）和McMillan（1967）已经提出了加速器非线性聚焦系统的初步想法。然而，直到最近，这些想法的实际实施才被证明是难以捉摸的。
2012-07-23 physics.acc-ph
Electron nonlinear dynamics in a compact accelerator based on the circular rotating TM110 mode
研究了不均匀静磁场中旋转TM110模式微波场的电子自共振加速，通过建立微分方程并设计磁场分布，成功将30 keV电子加速至200 keV，为医疗和安检X射线源的射频加速器设计提供了理论依据。
2023-05-18 physics.acc-ph
A Staged Muon Accelerator Facility For Neutrino and Collider Physics
以μ子为基础的设施提供了独特的潜力，可以在中微子工厂的强度前沿和μ子对撞机的能量前沿提供能力。它们依赖于一种具有挑战性参数的新技术，其可行性目前正在由μ子加速器计划（MAP）进行评估。一个现实的情况下，一系列的补充阶段的设施，在每个阶段的复杂性和显着的物理潜力已经开发。它利用并利用了费米实验室已规划的功能，特别是通过质子改进计划（PIP-II）和长基线中微子设施（LBNF）启动的加速器综合体长期改进战略。每个阶段都旨在提供研发平台，以验证后续阶段所需的技术。的理由和顺序的分期过程和关键问题要解决的每个阶段，提出。
2015-02-05 physics.acc-ph
Snowmass 21 Discussions on Future Accelerator HEP Facilities
美国粒子物理社区规划演习（又名：Snowmass）每7到9年举办一次，为整个粒子物理学界提供一个讨论论坛，为美国及其国际合作伙伴的粒子物理学未来发展提供科学愿景。Snowmass 21加速器前沿活动包括讨论高能强子和轻子对撞机，中微子研究和超越对撞机的物理学的高强度光束，加速器技术，科学，教育和推广以及核心加速器技术的进展，包括RF，磁铁，目标和来源。在这里，我们总结了Snowmass 21关于未来HEP加速器设施的讨论。
2022-08-19 physics.acc-ph
Detection of gravitational waves in circular particle accelerators
本文计算了天体物理引力波对圆形粒子加速器中质子束测试质量的走时的影响。我们表明，一个高精度的质子束时间标记探测器可以把一个圆形的粒子加速器设施到GW天文台敏感的毫赫兹（mHz）的GWs。我们通过对欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC）进行案例研究，对超快单光子探测器的噪声来源和技术可行性进行了评论。
2020-12-01 astro-ph.IM gr-qc physics.acc-ph
Diffusion model for the time evolution of particle loss rates in collimator scans: a method for measuring stochastic transverse beam dynamics in circular accelerators
本文提出了一个由准直器位置变化引起的损耗率随时间演化的扩散模型。它建立在Seidel（1994）的模型及其假设基础上：（1）在台阶范围内的恒定扩散速率和（2）线性晕尾。这些假设允许一个获得解析表达式的扩散方程的解决方案和相应的损失率与时间。本模型解决了以前模型的一些局限性，并以以下方式对其进行了扩展：（a）预测步骤之前，期间和之后的损失;（b）解释之前和之后的不同稳态速率;（c）模型参数（扩散系数，尾部种群，检测器校准和背景速率）的确定更加稳健和精确。这些计算是测量横向束扩散率作为粒子振幅的函数与准直器扫描的基础。Tevatron中的这些测量结果将在单独的报告中提供。
2011-09-14 physics.acc-ph
Space Charge in Circular Machines
本研究聚焦环形加速器中的空间电荷效应，阐述了空间电荷力的来源与构成，分析其在高流强低能加速器中引发的能散、自由振荡频率偏移及不稳定性等束流动力学影响，并将系统探究该效应的基本特性。
2025-05-20 physics.acc-ph
Continuous and Coordinated Efforts of Structure Wakefield Acceleration (SWFA) Development for an Energy Frontier Machine
结构尾场加速（SWFA）由于其自然的加速正电子和保持发射度的能力，非常适合于线性对撞机（LC）的应用。SWFA路线图是根据Snowmass 2013的建议制定的，其中研究了四种主要技术：驱动束、主束、尾流场结构和LC设施设计。正在开发的两种SWFA方案是共线尾流场加速器（CWA），其中驱动和主束遵循相同的路径通过结构，以及双束加速器（TBA），其中驱动和主束通过不同的结构。为了在未来十年进一步推进SWFA技术，必须以更同步的方式进行持续和协调的努力。本白皮书旨在解决SWFA为准备Snowmass 2022所需的研究需求。
2022-03-15 physics.acc-ph
White Paper on High Temperature Superconducting Bi-2212 Magnets for Energy Frontier Circular Colliders
Bi-2212是目前唯一一种各向同性、扭转、多芯圆线形式的高温超导材料，它将使高场超导加速器磁体的应用范围大大扩展到圆线、各向同性Nb-Ti和Nb 3Sn导体之外。本文描述了Bi-2212在未来高能圆对撞机（包括高能质子和μ子对撞机）中可能发挥的重要作用。我们描述了其目前的技术状态（导体开发，磁体设计概念，原型磁体状态），然后在一个综合战略中提供了一个10年计划，用于>15 T加速器磁体和>25 T螺线管磁体，以吸引行业和整个美国以及对HTS磁体应用感兴趣的国际科学企业。
2022-03-23 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
Enabling Intensity and Energy Frontier Science with a Muon Accelerator Facility in the U.S.: A White Paper Submitted to the 2013 U.S. Community Summer Study of the Division of Particles and Fields of the American Physical Society
基于费米实验室现有和拟建设施的强度和能量前沿科学的μ介子设施的分阶段方法。在每个阶段，探索新物理的设施也提供了一个研发平台，以验证后续阶段所需的技术。设想的计划从nuSTORM开始，nuSTORM是一种敏感的无菌中微子搜索，它还提供精确的中微子截面测量，同时开发使用和冷却μ子的技术。一个基于X项目的阶段性中微子工厂，将光束发送到桑福德地下研究设施（SURF），该设施将容纳LBNE探测器，可以在强度前沿详细探索中微子特性，同时还建立了使用强聚束μ子束的技术。然后，该复合体可以向μ子对撞机发展，从126 GeV开始，测量希格斯共振到亚MeV精度，并继续发展多TeV对撞机，以探索超越能量前沿标准模型的物理学。附录解决了CSS2013前沿能力研究组的轻子对撞机小组提出的具体问题。
2014-01-03 hep-ph physics.acc-ph physics.ins-det
First simultaneous measurement of sextupolar and octupolar resonance driving terms in a circular accelerator from turn-by-turn beam position monitors data
储存环和对撞机中的束流寿命受到晶格非线性等因素的影响。它们的控制对加速器的动态孔径非常有益，其扩大通常导致更有效的注入和更长的寿命。本文介绍了一个程序来评估和纠正不必要的非线性，通过使用轮流光束位置监测数据，这是以前的工作的共振驱动项（RDTs）的演变。有效的六极磁误差和倾斜在ESRF电子储存环的评估和纠正（如果可能的话），通过使用这种技术。这是第一次，八极RDTs也可以被测量，并用于定义一个八极模型的主要四极。在ESRF储存环的六极RDT中观察到的与模型的大部分偏差被证明是由聚焦误差而不是六极误差产生的。这些结果可以实现由于新的分析公式描述的非线性感应加速器运动的谐波含量的第二阶。RDT也首次用于单个六极磁体的基于束流的校准。它们也被证明是预测故障磁体和验证磁性模型的强大工具。该技术还为数据分析可靠性的自我评估提供了一个品质因数。
2018-04-17 physics.acc-ph
Advances on the modelling of the time evolution of dynamic aperture of hadron circular accelerators
确定圆形加速器动态孔径的时间标度模型是加速器物理领域的一个热门课题。动机出现在找到一种方法来可靠地推断数值模拟的结果远远超出了目前可能的CPU时间的可能性。在早期的工作中，提出了一个基于Nekhoroshev定理和Kolmogorov-Arnold-Moser理论的模型。该模型已被详细研究，并证明是成功的，在数值模拟中描述的动态孔径的演变，然而，一些缺点已被确定，本文提出了新的模型，解决了观察到的问题。新的模型已经基准对一个简单的系统，4D Hénon地图，以及一个现实的，非线性表示的束流动力学在LHC在6.5 TeV的数值模拟在这两种情况下提供优异的结果。
2019-09-20 math.DS physics.acc-ph
Generation of circular field harmonics in quasi-polygonal magnet apertures using superconducting canted-cosine-theta coils
本文提出准多边形孔径超导磁体解析设计框架，利用共形映射建立与圆形孔径设计的联系，并将电流分布应用于CCT线圈，实现单一或混合圆形场谐波生成，拓展了CCT技术对复杂几何的适用性。
2024-11-25 physics.acc-ph
Analytic formulas for the rapid evaluation of the orbit response matrix and chromatic functions from lattice parameters in circular accelerators
本文针对圆形加速器推导了基于格点参数评估轨道响应矩阵和色散函数的解析公式，通过扩展李代数与共振驱动项至偏离动量状态，大幅提升了数据分析速度，并在不同格点配置下验证了公式的鲁棒性。
2023-04-04 physics.acc-ph
Highlights of AAC 2000 Workshop
高级加速器概念2000（AAC2K）研讨会于2000年6月在圣达菲举行，包括加速器物理学前沿的广泛概念和理论进展。本文回顾了研讨会的重点，从使用激光，等离子体和微结构的加速，μ子对撞机的光束物理的主题。特别强调的是在现有的直线加速器设施的研究相关的主题，以及这种研究对这些设施的能力的影响。
2000-09-05 physics.acc-ph
Considerations for a TeV Collider Based On Dielectric Laser Accelerators
由红外激光器驱动的电介质微结构中的粒子加速，或“电介质激光加速”（DLA），是先进加速器研究的一个有前途的领域，有可能为能源前沿科学和各种其他应用提供更经济实惠和更高梯度的加速器。DLA利用成熟的工业制造能力和台式激光器的商业可用性来降低成本，轴向加速场在GV/m范围内。通过以非常低的每束电荷但以极高的重复率操作，将获得期望的亮度。由于其独特的操作参数制度，耦合的激光到加速器可以潜在的50\%的范围内，并与低beamstrahlung能量损失，由于在相互作用点，使DLA一个有前途的方法，为未来的多TeV直线对撞机。
2022-03-08 physics.acc-ph
Record fast-cycling accelerator magnet based on high temperature superconductors
四十年前，高电流超导NbTi电缆的发展彻底改变了能源前沿加速器的磁体技术，如Tevatron，RHIC和LHC。基于NbTi的磁体提供了高得多的场B和低得多的电壁插功耗的优点，如果在4.5K下操作，但是相对小的斜坡速率dB/dt <<0.1T/s。对高平均束流功率和高重复频率的加速器的需求已经开始了对快速斜坡SC磁体的研究，但是发现低温超导体中的AC损耗妨碍了获得超过（1- 4）T/s的速率。在这里，我们报告的高温超导体磁体技术的首次应用，大大降低了交流损耗，并报告在原型双孔径加速器磁体中实现了12 T/s的高斜坡率。
2019-03-09 physics.acc-ph
Accelerators for Electroweak Physics and Higgs Boson Studies
我们讨论的目标，设计，技术准备状态，以及目前正在讨论的希格斯和电弱工厂的加速器的关键R&D需求。我们还解决了各自的分期选项，使未来的能源前沿对撞机。所涵盖的加速器基于许多不同的技术和方法。它们包括几个圆形对撞机，各种线性对撞机，基于能量回收直线加速器（ERLs）的对撞机，ERL环组合，以及伽马-伽马对撞机。提出的线性对撞机包括国际线性对撞机（ILC）、紧凑型线性对撞机（CLIC）、冷铜对撞机（C^3）和最近的希格斯能轻子对撞机（HELEN）。ERL是回收线性电子对撞机（ReLiC），能量回收线性对撞机（ERLC）和循环能量回收对撞机（CERC）的关键部件。在较传统的环形对撞机中，有以下建议：未来圆形对撞机（FCC-ee），圆形电子正电子对撞机（CEPC），费米实验室的电子正电子圆形对撞机（EPCCF）和大型电子正电子对撞机$\#$ 3（LEP-3）。此外，我们考虑了基于X射线自由电子激光的伽马-伽马对撞机希格斯工厂（XCC）和高能高亮度伽马-伽马对撞机（HE&HL伽马-伽马）。最后，一个希格斯工厂的基础上的圆形μ子对撞机提到的完整性。
2022-11-20 hep-ex physics.acc-ph
Space Charge Effects for Transverse Collective Instabilities in Circular Machines
本文简要回顾了在库仑场和尾流场都很重要的情况下，圆形机器中带电粒子束横向相干不稳定性的研究进展。本文涉及2019年9月23日至27日在瑞士采尔马特举行的ICFA研讨会上关于缓解粒子加速器中相干光束不稳定性的演讲。
2020-05-21 physics.acc-ph
Future Circular Hadron Collider FCC-hh: Overview and Status
未来圆形对撞机（FCC）研究是由CERN主办的全球国际合作项目。它的目标是将该领域推向LHC之外的下一个能量前沿，将可以直接产生的粒子质量增加一个数量级，并将待研究的亚原子距离减少一个数量级。FCC的研究包括两个加速器，即能量前沿强子对撞机（FCC-hh）和最高亮度的高能轻子对撞机（FCC-ee）。这两个环都位于相同的100公里隧道基础设施中，复制了欧洲核子研究中心的LEP和LHC战略，即开发一个轻子和强子环共享同一个隧道。本文致力于FCC-hh，并总结了FCC-hh加速器设计，性能达到和底层技术的关键特征。本文介绍的材料以2019年发布的概念设计报告为基础，并对其进行了扩展，包括自那时以来取得的进展和成果。
2022-03-15 physics.acc-ph
Hamiltonian Methods for the Study of Polarized Proton Beam Dynamics in Accelerators and Storage Rings
通过引入耦合的自旋轨道泊松括号和哈密顿函数，将经典的自旋轨道运动方程推广到9维相空间中的哈密顿系统。经过这种扩展，并通过建立初始和扩展系统之间的连接，它成为可能的应用方法的理论的哈密顿系统的极化粒子束动力学的研究在圆形加速器和储存环。这些方法中的一些已经在计算机代码Forget-Me-Not中实现。
1999-03-18 physics.acc-ph
