Emittance Growth by Beam-Gas Scattering in Single Pass Accelerator
为了确保第四代光源的适当SASE激光发射，目标之一是产生小发射度的电子束并将其保存直到其用于机器波荡器中。不可恢复发射度增加的原因之一是电子束在传输过程中与残余气体的碰撞。在前人工作的基础上，我们导出了一个有用的表达式，发射度增加的任何能量的电子和交叉检查其有效性的能量超过100兆电子伏的分析公式。
2014-05-05 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
On the adiabaticity of emittance exchange due to crossing of the coupling resonance
在圆形加速器中，跨越线性耦合谐振引起横向发射度的交换，只要该过程是绝热的。这已经被认为是在以前的一些作品中，在那里的现象的描述已经制定下来，最近，在那里的数值结果的一个可能的解释已经提出。本文基于哈密顿力学的绝热不变性理论，引入了一个分析交叉过程的理论框架，详细解释了发射度交换过程的各种特征。
2021-05-11 physics.acc-ph
Emittance growth in linear induction accelerators
双轴射线水压试验（DARHT）设施使用韧致辐射源点产生的聚焦电子束从两个线性感应加速器（LIA）的射线照相大型流体动力学实验驱动的烈性炸药。射线照相分辨率由源点的大小决定，而束流发射度是对点大小的最终限制。在DARHT Axis-II LIA上，我们测量到的发射度高于理论模拟预测的发射度，即使该轴产生亚毫米源点，我们也在探索提高发射度的方法。一些可能的原因的差异已被调查使用粒子在细胞（PIC）代码，虽然其中大部分是折扣的基础上光束测量。最可能的发射度增长的来源是一个不匹配的束流的磁输运，这可能会导致束晕。
2014-09-24 physics.acc-ph
Schottky-Enabled Photoemission in a RF Accelerator Photoinjector - Possible Generation of Ultra-Low Transverse Thermal Emittance Electron Beam
我们提出了一个明确的签名的肖特基效应在RF光电注入器使用的光子能量低于镁阴极功函数。该签名通过RF相位角中的偏移来表现，所述RF相位角用于经由单光子吸收的光电子的检测的开始，并且允许场增强因子的合理估计。这是产生具有非常低的热发射度的电子束并因此产生高亮度束的可行方法。
2004-07-22 physics.acc-ph
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
Demonstration of ultra-low emittance beams in a kHz laser wakefield accelerator and application to electron diffraction
Laboratoire d’Optique Appliquée (LOA), CNRS, École polytechnique, ENSTA, Institut Polytechnique de Paris（应用光学实验室，法国国家科学研究中心，巴黎综合理工学院，国立高等先进技术学院，巴黎理工学院）；Center for Physical Sciences and Technology（物理与技术中心）；Vytautas Magnus University（维陶塔斯·马格努斯大学）
该研究通过kHz激光等离子体加速器实现了超低发量电子束，并成功应用于单晶硅纳米膜的电子衍射成像。
2026-08-28 physics.acc-ph
Emittance preservation in a plasma-wakefield accelerator
该研究首次在等离子体尾场加速器中实现发射度保持，同时维持电荷和能散，证明其可无退化加速，为紧凑型对撞机等应用奠定基础。
2024-03-26 physics.acc-ph
Low emittance muon accelerator studies with production from positrons on target
提出了一种利用能量约为45 GeV的正电子束与靶上电子相互作用产生极低发射度μ子束的新方案。其中一个创新的主题是研究存储在低发射率环中的正电子束的行为，该环具有薄靶，该薄靶直接插入环室以产生μ子。μ子可以在靶的出口处立即被收集，并被输送到两个$μ^+$和$μ^-$储存环，然后被加速并注入μ子对撞机环。本文主要研究电子$^+$光束与目标相互作用的模拟、目标对6-D相空间的影响以及电子$^+$环的优化设计以最大化能量接收。我们将研究这种方案的性能，环加目标系统，比较不同的多圈模拟。该源被认为是用于在多TeV对撞机参考。[1]第一章
2018-06-12 physics.acc-ph
Experimental study of coherent synchrotron radiation in the emittance exchange line at the A0-photoinjector
下一代加速器将需要高电流、低发射度、低能量扩散的束流。这种加速器将采用先进的束流调节系统，如发射度交换器来操纵高亮度束流。费米实验室A0光注入器的目标之一是研究横向到纵向发射度交换原理。相干同步辐射会限制发射度交换器的高电流操作。本文报道了在A0光注入器上对发射度交换线相干同步辐射（CSR）的初步实验和模拟研究。
2012-02-09 physics.acc-ph
Error Emittance and Error Twiss Functions in the Problem of Reconstruction of Difference Orbit Parameters by Usage of BPMs with Finite Resolution
误差的问题，由于有限的BPM分辨率，在不同的轨道参数，这是作为一个最小二乘拟合的BPM数据，是加速器物理的标准问题之一。在这篇文章中，我们提出了一个“动力学的观点”在这个问题上，这使我们能够描述的BPM测量系统的发射度和电子感应加速器功能的通常的加速器物理概念的属性。
2013-05-07 physics.acc-ph
Effect of beam emittance on self-modulation of long beams in plasma wakefield accelerators
初始束流发射度决定了由于等离子体中的束流自调制而可以达到的最大尾场幅度。完全自调制束流激发的尾场随束流发射度的增大而线性减小。存在初始发射度的值，超过该值，即使由强种子扰动引发不稳定性，自调制也不会发展。的发射度尺度，其中尾流场是两次抑制相对于零发射度的情况下（所谓的临界发射度）是由无法约束束粒子径向的激发波，并通过一个简单的公式与束和等离子体参数。束流发射度的影响可以在几个讨论的自调制实验中观察到。
2015-10-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Beam Emittance Measurements for the Low-Energy Demonstration Accelerator Radio-Frequency Quadrupole
低能示范加速器（LEDA）射频四极（QRF）是一个100%占空比（CW）直线加速器，可提供>100 mA的6.7 MeV H+束流。8米长，350兆赫的超导结构加速直流，75千电子伏，110毫安的H+束从LEDA注入器与>90%的传输。LEDA [1，2]包括一个75 keV质子注入器，6.7 MeV，350 MHz CW注入器以及相关的高功率和低水平射频系统，短高能束流传输（HBT）和高功率（670 kW CW）束流停止。束流发射度是从线扫描仪测量的光束轮廓在一个单一的位置在HEBT推断。测量的束轮廓作为一个函数的磁场梯度在一个HEBT四极。当梯度改变时，光斑大小通过横向腰部。测量的峰值电流在25和100 mA之间。
2000-08-17 physics.acc-ph
Nonlinear equilibria and emittance growth in plasma wakefield accelerators with ion motion
等离子体尾场加速器可能会在未来的直线对撞机中以前所未有的加速梯度将粒子加速到高能，超过GeV/m范围。用于该应用的射束将具有极高的亮度，并且经受强烈的等离子体离子衍生的聚焦，它们将实现足够高的密度以诱导等离子体离子坍缩到射束体积中。这种不均匀的离子密度引起强非线性聚焦，这可能导致有害的束流发射度增长。最近已经通过粒子单元模拟研究了离子塌陷及其缓解的影响，其表明通过动态地将束与塌陷离子分布的聚焦相匹配，可以避免严重的发射度增长。我们扩展这项工作，探索近平衡态的束离子系统达到后，离子已经崩溃，观察到的发射度增长缓解产生的条件。我们表明，通过PIC模拟和分析理论，在这种情况下，双电子束离子贝内特型平衡分布接近。在这里，束和离子分布共享几乎相同的形状，这产生非线性横向电磁场。我们利用Bennett型模型研究光束相空间动力学和发射度增长的时间尺度远长于PIC模拟允许通过使用的二维辛跟踪代码与Monte Carlo散射的基础上莫里哀的小角度多次散射理论。我们发现，虽然相空间扩散由于等离子体的非均匀性的光束尺寸的参数激励是可以忽略不计的，从崩溃的离子的散射引起的线性对撞机的情况下，可管理的发射度增长。这些结果的影响，计划在FACET-II的实验进行检查。
2020-03-27 physics.acc-ph
Witness emittance growth caused by driver density fluctuations in plasma wakefield accelerators
在等离子体尾场加速器中，我们发现了一种能引起见证发射度增长的新效应。该效应出现在线性或适度非线性等离子体波中。在驱动光束与等离子体波达到横向平衡所需的时间期间，见证物经历随时间变化的聚焦力并失去质量。见证电荷越高，发射度增长率就越低，因为见证电荷被其自身的尾流场额外聚焦。然而，见证头总是退化，退化和完好部分之间的边界逐渐向后传播沿见证束。
2018-07-12 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Low emittance lattice for the storage ring of Turkish Light Source Facility TURKAY
土耳其加速器中心）项目旨在在土耳其建立一个加速器中心。该项目的第一步是建设红外自由电子激光装置。第二阶段是建立一个名为TURKAY的同步辐射装置，这是第三代同步辐射光源，旨在实现3 GeV低发射度电子束的高亮度光子束。电子束参数高度依赖于储存环的磁晶格。本文提出了一种用于TURKAY的低发射度储存环，并研究了磁晶格的束流动力学特性。
2014-09-16 physics.acc-ph
Resonant emittance mixing of flat beams in plasma accelerators
本文研究了等离子体加速器中扁平束流因非线性耦合尾场引起的 betatron 共振而发生的发射度混合现象，指出该效应会显著降低亮度，并提出采用激光驱动器或扁平粒子束驱动器可减少共振粒子比例、缓解发射度退化。
2024-09-21 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Online Multi-Objective Particle Accelerator Optimization of the AWAKE Electron Beam Line for Simultaneous Emittance and Orbit Control
多目标优化对于粒子加速器是重要的，其中必须常规地满足各种竞争目标，例如，横向发射度与束团长度。我们开发并演示了一个在线多时间尺度多目标优化算法，执行实时反馈的粒子加速器。我们证明了在CERN的先进质子驱动等离子体尾场加速实验（AWAKE）的电子束线中，同时最大限度地减少发射度和保持束的参考轨迹的能力。
2020-03-24 math.DS math.OC physics.acc-ph
Dynamic Focusing to Suppress Emittance Transfer in Crab-Crossing Flat Beam Collisions
针对扁平强子束流对撞中由同步-贝塔共振放大的涨落导致发射度转移的问题，提出结合 sextupoles 与 crab cavities 的动态聚焦方案以抑制沙漏共振，提升对涨落的容忍度与对撞鲁棒性。
2025-06-26 physics.acc-ph
Single-bunch transverse emittance growth due to collimator wakefield effects
本文在傍轴近似下重新计算了准直器尾场效应对带电粒子束团发射度的稀释。我们还比较了分析结果与数值模拟考虑的例子准直器结构安装在加速器测试设施2（ATF 2）在KEK
2013-09-03 physics.acc-ph
CESR Test Accelerator
康奈尔电子储存环（CESR）于2008年被重新配置为测试加速器，以研究超低发射度阻尼环的物理学。在大约40天/年可用于专用操作作为一个测试加速器，专门的仪器被用来测量的增长和缓解的电子云，发射度增长由于电子云，束内散射，和离子，和单个和多聚束不稳定性产生的集体效应。CESR引导场光学的灵活性和加速器建模代码与控制系统的集成使得实验范围非常广泛。CesrTA关于电子云效应、发射度调谐技术和用于测量电子云、射束尺寸和射束位置的射束仪器的研究结果是ILC阻尼环设计的基础，如ILC技术设计报告所述。该计划使康奈尔大学集团能够培养出对最终工程设计和线性对撞机阻尼环调试至关重要的人才和专业知识。
2013-08-10 physics.acc-ph
Amplitude dependent orbital period in alternating gradient accelerators
环形加速器的轨道周期和直线加速器的飞行时间取决于电子感应加速器振荡的幅度。在束流发射度相对较小的普通粒子加速器中，这种变化可以忽略不计。然而，在用于大发射度束流（如μ子和不稳定核）的加速器中，这种效应不可忽略。在一个线性无标度的固定场交变梯度（FFAG）加速器中测量了轨道周期，并与理论预测进行了比较。它们之间的良好一致性为新一代粒子和核物理实验的粒子加速器的设计提供了重要依据。
2016-01-12 physics.acc-ph
Transition crossing of proton beams in SIS100
SIS 100同步加速器中的质子循环被设计为在29 GeV下提供具有$2\times10^{13}$粒子的单束。在循环过程中，必须分析跃迁能量附近的束流动力学，以避免显着的发射度爆破。在过去的两种情况下进行了讨论，以上的提取能量的跃迁能量的移位和跃迁跨越所谓的$γ_\mathrm{t}$跳跃。为了估计在这两种情况下可能的发射度爆破，纵向模拟，包括约翰森效应的基础上的二阶相位滑移因子和纵向空间电荷的影响。此外，不同的参数在$γ_\mathrm{t}$跳跃的设计是不同的，并提出了一组参数，显示最小的纵向发射度增长的模拟。
2023-02-06 physics.acc-ph
An ultracold low emittance electron source
基于超冷原子的电子源最近已被提出作为在现代粒子加速器中广泛使用的常规光注入器或电子枪的替代物。基于超冷原子的电子源的优点在于从等离子体（由超冷原子的近阈值光电离产生）提取的电子具有非常低的温度，即低至几十开尔文。这些电子的提取具有产生非常低的发射率电子聚束的潜力。这些特性对于下一代粒子加速器至关重要，包括自由电子激光、等离子体加速器和未来的直线对撞机。该源也有许多潜在的直接应用，包括超快电子衍射（UED）和电子显微镜，由于其固有的高相干性。本文讨论了超冷电子束产生的基本机理，介绍了我们研制的超冷低发射度电子源。该源是基于一种新的交流磁光阱（AC-MOT）。对所提出的提取系统的详细模拟表明，对于1 pC的聚束电荷，可获得0.35 mm mrad的束流发射度，其中聚束长度为3 mm，能量扩展为1%。
2014-04-14 physics.acc-ph
Positron sources: from conventional to advanced accelerator concepts-based colliders
正电子源是未来和当前轻子对撞机计划的关键元件，如ILC，CLIC，SuperKEKB，FCC-ee，Muon Collider/LEMMA等，引入了对高强度和低发射率光束的具有挑战性的关键要求，以便实现高亮度。事实上，由于它们的大生产发射度和目标热负荷的限制，主要的对撞机参数，如峰值和平均电流，发射度，阻尼时间，重复频率，因此亮度是由正电子束特性决定的。在本文中，传统的正电子源和它们的主要属性进行了探讨，以提供一个指示的挑战，适用于先进的加速器概念的设计。光子驱动的正电子源作为新的方法提出，主要是为未来的直线对撞机，描述突出其多样性和存在的问题。
2022-03-29 physics.acc-ph
Control of focusing forces and emittances in plasma-based accelerators using near-hollow plasma channels
提出了一种近中空等离子体通道，其中通道中的等离子体密度远小于壁中的等离子体密度，以提供对等离子体加速器中的聚焦力和加速力的独立控制。在这种几何形状中，通道中的低密度有助于聚焦力，而加速场由通道壁中的高密度决定。该通道还为用于尾流场激发的强激光脉冲提供引导。在某些情况下，电子束和正电子束都可以以近似对称的方式加速和聚焦。近空心等离子体通道可以有效地抑制由于库仑散射引起的发射度增长，适用于高能物理应用。
2013-08-15 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Transverse Emittance and Emittance Measurements
Deutsches Elektronen Synchrotron (DESY)（德国电子同步加速器）
介绍横向发射度的迹空间描述及其与Courant-Snyder形式和第二矩束矩阵的关系，并阐述利用轮廓测量、掩膜、漂移、四极透镜扫描和横向偏转结构等诊断方法将角分布或切片信息转换为可测束斑尺寸的实验原理。
2026-06-23 physics.acc-ph
Multipoint-BAX: A New Approach for Efficiently Tuning Particle Accelerator Emittance via Virtual Objectives
SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）；Stanford University（斯坦福大学）
针对粒子加速器发射度优化中多点查询缓慢的问题，提出基于信息论的 Multipoint-BAX 算法，利用虚拟目标加速优化，在模拟中快20倍，实时测试中优于手动调谐。
2023-12-19 cs.AI cs.LG physics.acc-ph
Transverse emittance dilution due to coupler kicks in linear accelerators
低发射度直线加速器设计中的一个主要问题是保持束流发射度。在这里，我们讨论一个可能的源发射度稀释，耦合器踢，由于横向电磁场的加速腔的直线加速器所造成的功率耦合器的几何形状。除了发射度的增长，耦合器反冲也产生轨道畸变。通常的看法是，通过使用彼此相对安装的每个腔的两个耦合器，或者通过使连续腔的耦合器从射束管的上方到下方交替，以便消除每个单独的反冲，可以大大减少来自耦合器反冲的发射度增长。因此，我们分析交替耦合器放置的后果。我们在这里表明，对于足够大的Q值，交替耦合器的位置从之前到之后的腔导致取消的轨道失真，但不是发射度的增长，而交替耦合器的位置从之前和上方到后面和下方的腔取消的发射度的增长，但不是轨道失真。即使每个腔单独失谐，例如通过颤噪效应，这些补偿也保持不变。所研究的用于减少耦合器反冲的另一有效方法是耦合器反冲的相位的优化。该技术与耦合器几何形状无关，但依赖于在波峰上操作。研究的最后一项技术是对称化的腔体几何形状的耦合器区域中添加了一个短截线相对的耦合器，这降低了离轴场的振幅，因此是有效的离峰加速以及。我们展示了这些技术的应用程序的能量回收直线加速器（ERL）计划在康奈尔大学。
2007-09-06 physics.acc-ph physics.comp-ph
Halo Coupling and Cleaning by a Space Charge Resonance in High Intensity Beams
结果表明，强流束的空间电荷赝八极子驱动的差共振不仅耦合束芯发射度，还导致束晕中的发射度交换，这与强流加速器中的束流损失有关.关于直线加速器，“主共振”kz/kxy =1（对应于圆形加速器中的蒙塔古共振2 Qx-2 Qy =0）可导致平面之间的晕圈的这种耦合和转移。即使芯发射度（rms）完全相等或几乎相等，也可能发生横向晕耦合到纵向平面（反之亦然）。这个晕轮论证证明了在直线加速器设计中的额外谨慎，包括考虑避免均分设计。然而，与此同时，该机制也可以通过将晕圈从纵向平面耦合到横向平面（其中局部刮擦是可访问的）中而有资格作为主动动态晕圈清洁方案。我们提出了半解析发射度耦合率，并表明，以前开发的直线加速器的核心稳定性图表可以扩展-使用的纵向横向晕发射度比-以表明其他地区的晕耦合可能是重要的。
2013-05-07 physics.acc-ph
Optics tuning simulations for FCC-ee using Python Accelerator Toolbox
针对超低发射度储存环FCC-ee的光学校正难题，研究利用PyAT开发校正步骤序列，对比两种校正方法后发现耦合RDTs+ηᵧ方法在实现目标发射度和提升动态孔径上表现更优。
2024-10-31 physics.acc-ph
Expressing Properties of BPM Measurement System in Terms of Error Emittance and Error Twiss Parameters
我们表明，光束位置监测器（BPM）系统设计用于测量横向和能量束抖动的属性可以描述在通常的加速器物理概念的发射度，能量扩散，色散和电子感应加速器功能。此外，利用Courant-Snyder二次型作为误差估计，我们引入了标量目标函数，它可以作为BPM测量系统的设计准则，具有所需的性能。
2011-05-11 physics.acc-ph
Benchmarking the Use of BPM Quadrupole Moments to Measure Emittance
Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）
通过BPM四极子矩测量发散度，与IPM和多丝数据结果一致，可补充现有非拦截发散度监控器。
2025-11-25 physics.acc-ph
Experimental Proof of Adjustable Single-Knob Ion Beam Emittance Partitioning
加速器的性能得益于通过平面耦合的相空间剪裁。先前应用的技术在三个平面之间交换发射度，但是可用发射度的集合是固定的。与这些发射度交换场景相反，这里提出的发射度转移场景允许任意改变发射度的集合，只要保持发射度的乘积即可。这封信是关于第一次沿离子束线横向发射度转移的实验演示。通过设置一个单一的磁场值来选择传输量。在传输线的出口处的最终不相关和重新划分的光束的斜率函数（β）和斜率（α）不取决于传输量。
2014-10-27 physics.acc-ph
Emittance growth in the DARHT Axis-II Downstream Transport
使用粒子在细胞（PIC）的代码，我们研究了通过四极磁铁的系统用于传输高电流的电子束从感应加速器的韧致辐射转换器用于闪光照相术的目标的发射度增长的可能性。我们发现，即使是高度失配的光束也几乎没有发射度增长（< 6%），这是由于它们的初始硬边电流分布软化。我们还使用这个PIC代码来评估发射度测量的准确性，使用螺线管聚焦扫描后的四极磁铁。如果光束在椭圆形之后是圆形的，则模拟指示测量是高度准确的，但是对于椭圆形光束，其基本上是不准确的。
2017-01-13 physics.acc-ph
Evidence for high-energy and low-emittance electron beams using ionization injection of charge in a plasma wakefield accelerator
利用两个不同长度的锂等离子体源，对等离子体尾场加速器中的电离注入进行了实验研究。用于限制锂的氦气的电离在尾流中注入电子。在加速之后，这些注入的电子在能谱仪上被观察为与驱动束不同的组。它们通常具有数十pC的电荷，几GeV的能量扩展，最大能量高达30 GeV。这组电子的发射率可以比驱动束的初始发射率小许多倍。从一个等离子体长度到另一个的捕获电荷的能量标度是一致的等离子体尾场的井喷理论。
2015-10-06 hep-ex physics.acc-ph physics.plasm-ph
Space Charge Driven Emittance Growth and the Effect of Octupoles in IOTA
费米实验室的可积光学测试加速器（IOTA）是一台小型机器，致力于广泛的前沿加速器物理计划。该计划的一个重要方面是研究可集成光学器件实现的共振自由调谐扩展的潜在好处，以存储和加速空间电荷重要的高强度质子束。在这方面，质子束流发射度增长和粒子损失机制的良好理解是必不可少的。假设标称设计参数，模拟表明，对于聚束束，发射度增长的大部分发生后立即注入，通常在几十圈。我们试图用一个简化的RMS失配理论来解释这种增长，并简要讨论了它的一些局限性和可能的改进。然后，我们将理论预测与使用PIC代码pyORBIT进行的模拟进行比较。为了进一步探索减缓发射度增长和减少粒子损失的方法，我们比较了两种光束匹配策略：（1）在注入点匹配（2）在$β_x = β_y$的非线性（八极）插入区域中心匹配。为了观察非线性如何影响发射度的增长，以及它是否占主导地位的增长，由于失配，我们跟踪两个不同的分布。最后，我们探讨了在准可积配置中使用八极子的潜力，以减轻使用各种初始分布在减少和全强度的增长。
2021-12-31 physics.acc-ph
A Compact Source of Positron Beams with Small Thermal Emittance
本文提出一种由PM阱、静电压缩器和rf加速器组成的紧凑型低热发射度正电子束源，其成本和尺寸远低于传统靶源，可加速至17.6 MeV，适用于直线对撞机平束源及正电子等离子体尾场加速等研究。
2024-01-09 physics.acc-ph
Measurement Techniques for Low Emittance Tuning and Beam Dynamics at CESR
在作为高能物理正负电子对撞机运行后，康奈尔正负电子储存环（CESR）已被转换为康奈尔高能同步加速器光源（CHESS）的专用同步加速器光源。在几年的时间里，CESR被改造成用于加速器物理研究的试验加速器，能够研究与未来阻尼环，对撞机和光源相关的主题。最初，一些特定的主题是针对这种模式下的存储环的加速器研究，标记为CesrTA。这些课题包括：1）产生低发射度束流的调谐技术; 2）储存环中电子云（EC）发展的研究; 3）束流内散射效应。CESR完全转换为CesrTA发生在几年的时间内，在其他地方描述。为CesrTA开发了一些特定的工具。修改了大部分现有的仪器，以适应这些研究的范围，并在配套文件中进行了描述。为了完成这项研究，开发或修改了许多程序，通常需要不同仪器之间的协调测量。本文提供了一个概述的类型的测量用于研究的束流动力学在操作的CesrTA。
2018-03-15 physics.acc-ph
Predicting the transverse emittance of space charge dominated beams using the phase advance scan technique and a fully connected neural network
带电粒子束的横向发射度是许多加速器应用的重要品质因数，例如超快电子衍射、自由电子激光和一般的新紧凑加速器概念的操作。确定横向发射度的最容易实现的方法之一是使用聚焦元件和屏幕的相位超前扫描方法。该方法已被证明在热状态下工作良好。然而，在空间电荷占主导地位的层流制度，该计划变得难以应用，因为缺乏一个封闭的描述束包络包括空间电荷的影响。此外，为了确保准确的结果，必须满足某些数学以及光束线设计标准。在这项工作中，我们表明，即使在不符合这些标准的设置中，也可以使用全连接神经网络（FCNN）来分析相位超前扫描数据。在模拟研究中，我们通过将其与基于波束包络方程的传统拟合例程进行比较来评估FCNN的性能。随后，我们使用预先训练的FCNN来评估测量的相位超前扫描数据，最终与数值模拟产生更好的一致性。为了解决确认偏差的问题，我们采用额外的基于掩模的发射度测量技术。
2022-05-23 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
Demonstration of Cathode Emittance Dominated High Bunch Charge Beams in a DC gun-based Photoinjector
我们提出的结果的横向发射度和纵向电流分布测量的高聚束电荷（大于或等于100 pC）在DC枪为基础的康奈尔能量恢复直线加速器光注入器产生的光束。特别是，我们表明，阴极热和核心束流发射度占主导地位的最终95%和核心发射度测量在9-9.5兆电子伏。此外，我们展示了优化的3D空间电荷模拟和测量之间的良好协议，并表明横向激光分布的质量限制了最佳的模拟和测量的发射度。这些结果，以前认为只有用RF枪才能实现，表明基于DC枪的光注入器能够提供具有足够的单聚束电荷和光束质量的光束，适用于许多当前和下一代加速器项目，例如能量恢复直线加速器（ERL）和自由电子激光（FEL）。
2015-01-16 physics.acc-ph
Feasibility study for the hard x-ray free electron laser based on synergistic use of conventional and plasma accelerator technologies
探讨了用常规射频加速器作为等离子体驱动尾场加速器的注入器的可能性。传统的加速器提供具有低发射度和低能量扩散的高质量光束。一旦注入到等离子体尾流中，发射度可以在适当的束匹配时被保持，而能量扩散可能不会由于由常规加速器递送的长束持续时间而导致。估算了整个加速器系统和基于该加速器的自由电子激光的参数。
2022-10-28 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Narrow bandwidth, low-emittance positron beams from a laser-wakefield accelerator
本文实验演示了具备窄带宽、低发射度和飞秒时长的激光驱动超相对论正电子源，并通过模拟证明其可注入并加速于等离子体尾波场。
2023-07-11 physics.acc-ph physics.plasm-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
Wire Scanners for Small Emittance Beam Measurement in Atf
在加速器试验装置（ATF）中，线阵扫描器用于测量极细束流的束流尺寸和发射度。它们安装在ATF阻尼环的抽油梁线上。在2 × 109电子/束团强度和1.3GeV能量下，引出的束流发射度为ex= 1.3 × 10 ~（-9）m·rad，ey= 1.7 × 10 ~（-11）m·rad。线扫描器通过钨丝扫描光束，光束重复频率为0.78Hz。扫描速度非常慢（约500 um/sec）。由于采用双冲击器系统，引出的束流非常稳定，因此，对于50 - 150 μ m的水平束流，测量精度小于2 μ m，对于8 - 16 μ m的垂直束流，测量精度小于0.3 μ m。详细介绍了系统的组成和性能。
2000-08-16 physics.acc-ph
Beam dynamics challenges in linear colliders based on laser-plasma accelerators
在本文中，我们讨论了设计考虑和光束动力学的挑战与激光驱动的等离子体为基础的加速器应用于多TeV尺度的直线对撞机。等离子体加速器提供超高梯度和超短束团，为紧凑的直线加速器和降低的功率要求提供了潜力。我们表明，稳定，有效的加速与光束质量的保护是可能的，在非线性气泡制度的激光等离子体加速器，使用光束整形。离子运动，自然发生的密集束（即，低发射度和高能量）严重地抑制了横向束的不稳定性。库仑散射的背景离子被认为是在等离子体中的强聚焦强烈抑制散射引起的发射度的增长。束在等离子体中横向运动产生的β电子辐射将导致束功率损失和能量扩展增长;然而，对于100 nm以下的发射度，多TeV级等离子体直线加速器的束功率损失和能量扩展增长将低于%。
2022-03-14 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Low-emittance tuning at the Cornell Electron Storage Ring
2008年，康奈尔电子/正电子储存环（CESR）由电子/正电子对撞机改装而成，作为国际直线对撞机（ILC）阻尼环的测试平台。CESR测试加速器（CesrTA）项目的主要目标之一是开发一种快速的低发射度调谐方法，该方法可以很好地扩展到大型环（如ILC阻尼环），并在2.085 GeV时实现10 pm的垂直发射度。本文讨论了在CesrTA开发的调谐方法，以实现低发射度的条件。基于光束的测量和校正的一次迭代需要大约10分钟。在2.085 GeV处获得了10.3 + 3.2/-3.4（sys）+/-0.2（stat）pm的最小垂直发射度。在各种配置和束能量中，校正技术通常在校正后实现约10 pm的垂直发射度，RMS耦合<0.5%。测量的垂直色散主要由束流位置监测系统控制。发射度测量中的不确定性的传播进行了详细描述。模拟建模的影响，磁铁失调，BPM的错误，和发射度校正算法表明，剩余的垂直发射度测量的调谐过程的结论是由源以外的光学误差和失调。
2014-04-02 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
Exact phase space matching for staging plasma and traditional accelerator components using longitudinally tailored plasma profiles
两级等离子体加速器之间以及等离子体加速器与传统加速器部件之间的相空间匹配是等离子体加速器加速束流保持发射度的关键问题。当束在不同的级和部件之间传播时，横向聚焦强度的巨大差异可能导致在有限的能量扩展和缺乏适当匹配的情况下的灾难性发射度增长。我们建议使用的线性聚焦力从纵向定制的等离子体密度分布的非线性尾流，以提供精确的相空间匹配，以适当地传输电子束通过两个这样的阶段，可以忽略不计的发射度增长。理论分析和粒子模拟显示了这些结构如何在四种不同的情况下工作。理论和模拟之间取得了良好的协议。
2015-08-20 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Nanometre-scale emittance beams from a continuous-wave RF gun
超快电子衍射仪（UED）和自由电子激光（FEL）的工作依赖于射频（RF）光阴极枪产生的高亮度电子束。下一代高重复率UED和FEL需要具有高平均亮度的电子束。为此，我们引入了一种具有类似APEX几何结构的325 MHz连续波RF光阴极枪。该电子枪允许产生具有非常高的峰值和平均5D亮度的电子束，同时具有适度的RF功耗。电子枪工作在井喷状态，能量增益为0.4 MeV，峰值阴极场为35 MV/m。通过大量的数值模拟，我们验证了枪操作的三种制度：（i）160 fC电子束与5 nm尺度的发射度的UED，（ii）1.6 pC光束与20 nm尺度的发射度的台式自由电子激光器和基于介质的加速器，和（iii）16 pC光束与50 nm尺度的发射度的逆康普顿源和其他基于加速器的光子源。我们介绍了一个简单的分析模型形成的虚阴极-发病的抑制光电流由于空间电荷力。该模型考虑了激光脉冲持续时间。此外，我们广泛的数值模拟表明，一个非常明显的最大值在5D光束亮度的激光光斑半径约150%，对应于虚阴极的发病。这一发现不支持文献中的常见方法，即在井喷状态下，激光光斑半径必须远大于对应于虚阴极起始的临界半径。
2021-05-17 physics.acc-ph
Instrumentation for the Study of Low Emittance Tuning and Beam Dynamics at CESR
康奈尔正负电子储存环（CESR）由高能物理正负电子对撞机改造而成，作为康奈尔高能同步加速器光源（CHESS）的专用同步加速器光源，并作为测试加速器进行加速器物理研究，能够研究与未来阻尼环，对撞机和光源相关的主题。作为测试加速器的CESR（CesrTA）在这种模式下的储存环操作的初始阶段的一些特定主题包括：1）产生低发射度束的调谐技术，2）储存环中电子云发展的研究和3）束内散射效应。CESR完全转换为CesrTA发生在几年的时间内，在其他地方描述。除了为CesrTA创建的储存环仪器外，还对现有仪器进行了修改，以促进整个调查范围，以支持这些研究。制定了程序，往往需要不同仪器之间的协调测量。本文介绍了用于研究CesrTA操作过程中的束流动力学的仪器。本文对这些文书的处理仍将是相当一般性的，因为它侧重于对文书本身的概述。它们在观测序列中的相互作用和相互关系可在描述相关测量技术的配套文件中找到。一些仪器的更详细的描述和详细的操作性能可以在其他地方找到，这些将在本文的相关章节中引用。
2017-11-14 physics.acc-ph
Emittance Preservation in an Aberration-Free Active Plasma Lens
主动等离子体透镜是一种紧凑的带电粒子束强聚焦技术，在新型加速器方案中得到了广泛的应用。在提供kT/m聚焦梯度的同时，有源等离子体透镜可能具有由径向不均匀的等离子体温度分布引起的像差，从而导致光束质量的劣化。我们提出了第一次直接测量这种像差，与理论相一致，并表明它可以完全抑制从轻气体物种（氦）到较重的气体物种（氩）的变化。基于这一结果，我们证明了发射度保存的电子束聚焦的氩气填充的主动等离子体透镜。
2018-11-24 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
