Four-dimensional phase space tomography from one-dimensional measurements of a hadron beam
提出利用一维剖面测量并结合最大熵约束重建SNS累积质子束四维相空间密度的方法，重建结果达到噪声水平且问题约束良好，可作为强子加速器束流动力学模拟基准。
2024-12-04 physics.acc-ph
Predicting Beam Transmission Using 2-Dimensional Phase Space Projections Of Hadron Accelerators
我们提出了一种方法来压缩的二维横向相空间投影从强子加速器和使用该信息来预测束流传输。该方法假设可以获得4D横向相空间的至少三个投影，并且可以为束线提供精确的仿真模型。使用模拟模型，我们表明，可以训练使用卷积自动编码器的过程，以减少相空间信息，这些信息可以稍后用于预测波束传输。最后，我们认为，虽然使用预测从一个现实的非线性分布产生不太准确的结果，该方法仍然推广。
2022-08-15 physics.acc-ph
Impact of Non-Gaussian Beam Profiles in the Performance of Hadron Colliders
在大型强子对撞机（LHC）上，束内散射（IBS）、同步辐射、纵向束流操纵、双束流效应（束-束、电子云）和机器非线性等一系列效应之间的相互作用，会在束流周期的不同时期改变堆芯和尾部的布居，导致非高斯束流分布。通过采用广义分布函数，它可以证明，修改后的非高斯光束轮廓有影响的束流发射度的演变本身，从而对碰撞机的亮度。本文着重于估计光束分布修改和由此产生的均方根光束尺寸由于IBS和同步辐射的综合效应，采用蒙特卡罗模拟代码，它能够跟踪三维广义粒子分布（SIRE）。该代码首先基准超过经典的半解析IBS理论，然后与LHC在注入和碰撞能量的测量结果进行比较，包括高亮度LHC（HL-LHC）高亮度制度的预测。最后讨论了分布形状对聚束特性和机器性能的影响。
2020-03-03 physics.acc-ph
Origin of the 50 Hz harmonics in the transverse beam spectrum of the Large Hadron Collider
自大型强子对撞机（LHC）调试开始以来，在横向束流频谱中观察到了电源频率（50 Hz）谐波处的频谱分量。本文概述了2018年LHC最新物理操作期间收集的最重要的观测结果，这清楚地表明谐波是真实光束激发的结果，而不是仪器特征。基于这些发现，潜在的扰动源进行了讨论，并与电源纹波源自磁铁的电源的相关性。
2020-09-03 physics.acc-ph
Conceptual design of hollow electron lenses for beam halo control in the Large Hadron Collider
空心电子束准直是一种控制强流强子束晕的技术。它基于由强轴向磁场引导的电子束（可能是脉冲的或强度调制的），该磁场在环的短部分中与循环束重叠。这个概念在费米实验室的Tevatron对撞机上进行了实验测试，使用了一个安装在Tevatron电子透镜中的空心电子枪。在美国LHC加速器研究计划（LARP）和欧洲FP7 HiLumi LHC设计研究中，我们提出了将这种技术应用于CERN大型强子对撞机的概念设计。一个原型空心电子枪的大型强子对撞机建造和测试。空心电子束准直器的预期性能是基于Tevatron实验和数值跟踪模拟。晕去除率和增强晕扩散率估计作为一个函数的光束和晶格参数。检查质子束芯寿命和发射度增长率，以确保抑制不希望的影响。硬件规格基于Tevatron设备和LHC机器中的初步工程集成研究。还概述了所需的资源和可能的时间轴，并简要讨论了替代性的光晕去除方案和电子透镜的其他可能用途，以提高LHC的性能。
2015-02-09 physics.acc-ph
Beam-based aperture measurements with movable collimator jaws as performance booster of the CERN Large Hadron Collider
粒子加速器的束孔定义了循环束可用的间隙，并且是对加速器性能至关重要的参数。在欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC），可用孔径的知识和控制是至关重要的，因为标称质子束携带362兆焦耳的能量存储在超导环境中。即使是很小一部分的束流损失也可能使超导磁体失超或造成严重的材料损坏。此外，在圆形对撞机中，峰值亮度方面的性能在很大程度上取决于内三重态四极子的孔径，其用于将光束聚焦在相互作用点。在大型强子对撞机中，这个孔径代表了压缩光束在最高能量处的最小孔径，并决定了峰值亮度的最大潜在范围。在这些条件下，基于光束的孔径测量是困难和具有挑战性的。在本文中，我们介绍了多年来为LHC中精确的基于束的孔径测量而开发的不同方法，重点介绍了有助于提高运行1（2010-2013）和运行2（2015-2018）中LHC运行性能的应用和结果。
2021-06-17 physics.acc-ph
Diffusion due to the Beam-Beam Interaction and Fluctuating Fields in Hadron Colliders
在强子对撞机中，在束-束相互作用的存在下，调谐、束偏移和束尺寸的随机波动会导致显着的粒子扩散和发射度增长。我们发现，远离共振的高频噪声造成的最扩散，而近共振的低频噪声是负责观察到的大发射度增长。不同涨落的比较表明，光束之间的偏移涨落导致最大的扩散粒子在束芯。
1996-02-15 acc-phys 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
Schottky Signal Modification as a Diagnostic Tool for Coherent Electron Cooling
相干电子冷却是一种很有前途的冷却高强度强子束的技术，它通过将强子束中的噪声印在电子束上，放大电子密度调制，并利用它们对强子施加冷却反冲。这些扰动的典型大小可以在$μ$ m尺度上，使我们能够将经典随机冷却的范围扩展几个数量级。然而，确保电子束和强子束在相同的$μ$ m尺度内纵向对齐是至关重要的。为了提供快速的反馈，这个过程中，我们讨论了扩展的信号抑制相干电子冷却，并在理论和模拟表明，在强子束中的光谱噪声的某些组件将可预见地修改在百分之几的水平，这可能是检测到的观测强子束的辐射。
2022-08-25 physics.acc-ph
Impact of Beam-Beam Effects on Absolute Luminosity Calibrations at the CERN Large Hadron Collider
本研究通过模拟量化了LHC中束束效应对vdM绝对亮度标定的影响，发现其导致亮度值产生百分之几的偏移，并为减少相关系统不确定性提供了指导。
2024-04-19 physics.acc-ph
First Experimental Evidence of a Beam-Beam Long-Range Compensation Using Wires in the Large Hadron Collider
本文报告了在LHC中安装四个导线补偿器并通过两年实验首次验证直流导线可有效缓解束-束长程相互作用、提升HL-LHC性能的研究成果。
2023-04-19 physics.acc-ph
Resonant and random excitations on the proton beam in the Large Hadron Collider for active halo control with pulsed hollow electron lenses
我们介绍了大型强子对撞机（LHC）中共振和随机激发对质子损失、发射度和束流分布影响的数值模拟和实验研究结果。除了阐明复杂的非线性效应，这些研究被应用到空心电子透镜（HEL）的设计主动束晕控制。在高亮度大型强子对撞机（HL-LHC）中，大量的能量将储存在束尾中。为了控制和清洁束晕，正在考虑安装两个中空电子透镜，每个束一个。在标准的电子透镜操作中，质子束在每一次旋转中都看到相同的电子流。脉冲电子束操作（即，对于不同匝的不同电流），因为它可以加宽可实现的晕圈去除速率的范围。对于轴对称电子束，只有晕中的质子被激发。如果在束芯的位置存在剩余场，则这些粒子暴露于与时间相关的横向反冲和噪声。我们讨论了2016年和2017年在LHC中注入能量的数值模拟和实验。激励模式由横向反馈和阻尼系统产生，该系统充当偶极子反冲的柔性源。质子束的损失，发射度和横向分布被记录为激发模式和强度的函数。共振激发引起丰富的动力学效应和非平凡的变化的光束分布，这是据我们所知，以前没有被观察到，并在此详细研究。最后，我们讨论了可容忍的和可实现的剩余领域和进一步研究的建议。
2019-09-26 physics.acc-ph
Machine learning for beam dynamics studies at the CERN Large Hadron Collider
机器学习需要广泛的技术，这些技术几十年来一直广泛应用于科学和工程领域。高能物理学也受益于这些工具对对撞机数据进行高级分析的能力。直到最近，机器学习才开始在加速器物理学领域成功应用，这一点得到了全球多个实验室在这一领域所做的大量努力的证明。这也是欧洲核子研究中心的情况，最近集中精力致力于将机器学习技术应用于大型强子对撞机（LHC）的束流动力学研究。这意味着从光束测量和机器性能优化到非线性光束动态跟踪模拟的数值数据分析的广泛应用。在本文中，LHC相关的应用，目前正在进行详细的介绍和讨论，也注意到未来的发展。
2020-09-17 physics.acc-ph
Beam Optics Ramping in Under-Constrained Lattice Design: Application to Electron-Ion Collider Hadron Storage Ring Cooling Section
本文针对电子-离子对撞机强子储存环冷却段中可调旋钮多于束流光学约束导致的注入与顶能光学解不连通问题，提出了中点惩罚方案和自上而下自适应加权方法，确保渐变路径连续并满足所有约束，为欠约束系统提供了通用渐变策略。
2025-04-30 physics.acc-ph
Beam losses from ultra-peripheral nuclear collisions between Pb ions in the Large Hadron Collider and their alleviation
在欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC）上，碰撞重离子之间的电磁相互作用将引起局部束流损失，这可能会使超导磁体失超，除了对光度衰减有显著贡献之外。为了量化它们对对撞机操作的影响，我们使用了三步模拟方法，该方法包括光学跟踪、蒙特卡罗簇射模拟和磁体内部热流的热网络模型。我们目前的模拟结果的情况下，铅离子操作的LHC，重点是ALICE相互作用区域，并表明，预期的热负荷在标称铅操作是40%以上的淬火水平。这限制了可达到的最大亮度。此外，我们还讨论了监测损失的方法和减轻损失的可能途径。
2009-08-18 physics.acc-ph
Proof-of-principle direct measurement of Landau damping strength at the Large Hadron Collider with an anti-damper
在粒子加速器中，朗道阻尼是保证集体束稳定性的重要机制。精确了解朗道阻尼的强度是对最先进的高能对撞机的束流稳定性进行精确预测的关键。在本文中，我们展示了一个实验过程，将允许量化的朗道阻尼的强度和梁的稳定性的限制，使用一个主动的横向反馈作为一个可控源的梁耦合阻抗。在大型强子对撞机上进行的原理验证测试中，测量了一系列朗道八极强度的稳定性图。在未来，该程序可能成为一种在整个机器周期中测量稳定性图表的准确方法。
2020-03-09 physics.acc-ph
Impact of the 50 Hz harmonics on the beam evolution of the Large Hadron Collider
自大型强子对撞机（LHC）以偶极激发的形式运行以来，在LHC的横向束流谱中系统地观测到了工频（50 Hz）的谐波。在存在强非线性（例如束-束相互作用）的情况下，由于这些电源纹波音调中的许多驻留在电子感应加速器调谐附近，所以它们可以增加分布中的粒子的调谐扩散，导致质子损失并且最终导致束寿命的显著减少。本文的目的是确定50赫兹谐波是否对LHC的束流性能有影响。在加速器的操作中存在的纹波频谱的定量表征，连同其来源的理解是一个重要的成分，也评估的影响50赫兹谐波的LHC的未来升级，高亮度LHC（HL-LHC）。为此，模拟与单粒子跟踪代码，SixTrack，包括一个现实的纹波频谱提取的实验观察，以量化的影响，这种效果的调谐扩散，动态孔径和光束寿命。本文报告和讨论了跟踪研究的方法和结果。
2020-09-03 physics.acc-ph
Proceedings of the ICFA Mini-Workshop on Beam-Beam Effects in Hadron Colliders (BB2013), CERN, Geneva, Switzerland, 18 - 22 Mar 2013
本报告载有2013年3月18日至22日在欧洲核子研究中心举行的ICFA强子对撞机束-束效应小型研讨会的会议记录。这是LHC成功启动后的第一次，在那里出现了大量的束-束观测。它汇集了该领域的58名国际专家，这次讲习班的目的是审查束-束理论、模拟和观测领域的现有知识。在总结会议上，与会者承认近年来取得的巨大进展以及新概念和工具的引入。讲习班最后讨论了未来的研究工作，重点是大型强子对撞机的运行和未来的圆形对撞机。
2014-10-23 physics.acc-ph physics.ed-ph
Transparent Spin Method for Spin Control of Hadron Beams in Colliders
我们提出了一个概念，用于控制的离子极化，称为透明的自旋方法。自旋透明是通过设计这样一种同步加速器结构来实现的，即在一个粒子圈中的净自旋旋转角为零。利用弱准静态场可以有效地控制包括氘核在内的任何离子的极化方向。这些场允许在实验期间动态调整偏振方向。透明自旋方法的主要特征在8字形对撞机中得到了说明。这些结果与美国的电子-离子对撞机、俄罗斯的离子-离子对撞机和中国的极化电子-离子对撞机有关。
2020-05-13 physics.acc-ph
Five-Dimensional Beam Sigma Matrix Determination in Transport Lines with Differentiable Simulation
Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）；SLAC National Accelerator Laboratory（斯坦福直线加速器中心）
研究利用四极扫描在可微模拟框架下测量和重建五维束流西格玛矩阵，无需纵向诊断，对诊断屏灵活，通过先进光子源传输线实验验证，为加速器运行中束流表征提供实用且可广泛应用的方法。
2026-07-09 physics.acc-ph
Study of dust-induced beam losses in the cryogenic arcs of the CERN Large Hadron Collider
尘埃粒子与LHC质子束的相互作用占了LHC物理运行中观察到的不规则束流损失事件的主要部分。事件停止后，几个光束旋转，因为驱逐的尘埃粒子从光束一旦成为电离的横向束尾。尽管这些事件的瞬态性质，所产生的束流损失可以触发束流中止或引起超导磁体的猝灭。在本文中，我们研究了在低温弧中的束-尘埃粒子相互作用的特性，通过重建关键的可观测量，如核碰撞率，损失持续时间和每事件的积分损失。该研究基于6.5 TeV运行期间记录的事件，存储的束流强度高达每束流$\sim 3\times 10{^{14}}$质子。我们表明，非弹性碰撞率可以达到几乎每秒$10^{12}$碰撞，导致高达$\sim 1.6\times 10^{8}$质子的损失每一个事件。我们表明，实验分布和它们对光束参数的依赖性可以定量描述由先前开发的模拟模型，如果尘埃粒子被假定为被吸引的光束。后一项发现与最近的时间剖面研究相一致，并进一步证明尘埃粒子在进入光束时带有负电荷。我们还开发了不同的假设，在测量中没有较高的损失事件，虽然这样的事件理论上不排除的模拟模型。研究结果为预测未来运行的高亮度LHC在高强度光束存在下尘埃引起的光束损失提供了依据。
2021-12-21 physics.acc-ph
Measurements of beam halo diffusion and population density in the Tevatron and in the Large Hadron Collider
晕动力学影响全球加速器的性能：束流寿命，发射度增长，动态孔径和准直效率。光晕监测和控制对于高功率机器的运行也至关重要。例如，在LHC的高亮度升级中，储存在束尾中的能量可能达到几兆焦耳。快速损耗会导致超导磁体失超、磁体损坏甚至准直器变形。需要测量束晕并以可控的速率去除它。在Tevatron和LHC中，通过观察在不同的实验条件下小的向内或向外的准直器步骤之后的损失的时间演变，用准直器扫描测量晕粒子数密度和扩散率：用单束和碰撞，并且在Tevatron的情况下，用空心电子透镜作用于聚束的子集。大型强子对撞机恢复运行后，计划将测量的扩散率与已知的横向阻尼器激励强度进行比较。本文还简要讨论了非破坏性晕粒子数密度测量的新建议。
2014-11-17 physics.acc-ph
Supersonic gas curtain based real-time ionization profile monitor for hadron therapy
本研究开发了一种基于超音速气帘的实时电离束流剖面监测器，能在不扰动束流的情况下同时监测其位置、剖面、电流和能量，并在碳束实验中验证了其在不同参数下的2D测量性能与灵敏度。
2025-09-18 physics.acc-ph
The Very Low 1-9 GeV/c Tertiary Beam Extension of the H8 Beam Line of CERN SPS
CERN SPS北区的H8束线是一个多用途的实验次级粒子束，能够在10 GeV/C到SPS最高能量（400或450 GeV/C）的大动量范围内传输各种类型的粒子（强子，电子，μ子和离子）。在2003-2004年的关闭期间，束线被修改，以容纳新的三级束线，能够产生和传输动量范围为1至9 GeV/c的粒子。这种低动量的强子和电子粒子束是大型强子对撞机实验所需要的，以校准各种子探测器系统。这里描述了这种新的三级梁的设计和第一性能结果。
2012-06-11 physics.acc-ph
Measurements of the five-dimensional phase space distribution of an intense ion beam
没有强束流传输的模拟准确地再现了在束晕水平的测量。这种差异的一个可能的解释是缺乏对粒子在六维（6D）相空间中的初始分布的了解。最近，在空间中子源（SNS）束流测试设备（BTF）进行了离子束的直接6D测量，揭示了影响下游演化的束芯中的非线性横向-纵向相关性。不幸的是，直接的6D测量在分辨率和动态范围方面是有限的;在这里，我们讨论使用三个狭缝和一个屏幕来测量6D相空间分布的5D投影，以一维为代价克服这些限制。我们检查测量的5D分布之前和之后通过BTF运输和比较粒子在细胞模拟。我们还讨论了从5D和4D投影重建6D分布的可能性。
2022-08-11 physics.acc-ph
Electron Diffusion in Microbunched Electron Cooling
本文研究了微聚束电子冷却中电子初始噪声被放大导致强子束发射度增加的问题，建立了电子噪声影响的解析估计并通过模拟验证，探讨了其对冷却器设计的影响。
2024-07-24 physics.acc-ph
Combined-function optics for circular high-energy hadron colliders
未来圆形高能强子对撞机的设计是基于实现具有挑战性的磁场，需要保持强子束沿环圆周轨道运行。偶极磁场的强度是机器半径、射束能量以及可以填充有偶极的环圆周的分数的函数。在本文中，我们建议使用一个组合功能的周期性细胞，以最大限度地提高填充因子的偶极磁铁。所提出的周期性结构的光学特性进行了详细讨论，连同所需的超导磁体的设计，以实现所提出的方法。
2021-09-28 physics.acc-ph
Performance of the Large Hadron Collider cleaning system during the squeeze: simulations and measurements
欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC）是一台7 TeV的质子同步加速器，设计储存能量为每束362 MJ。高亮度（HL-LHC）升级将使其增加到每束675 MJ。为了防止超导磁体等敏感设备因束流损失而失超或损坏，需要采用多级准直系统。需要详细的模拟，以了解在一系列机器配置中，准直器散射的粒子在环周围丢失的位置。Merlin++是一个模拟框架，已经扩展到包括详细的散射物理，以预测LHC环周围的局部粒子损失率。我们比较了Merlin++模拟的压缩过程中的损失（在光束碰撞之前相互作用点处β函数的动态减少）与运行1和2配置的光束压缩过程中记录的损失图。当准直器位置和四极磁体电流都改变时，挤压特别重要。然后，我们可以使用Merlin++预测HL-LHC的预期损失，以确保机器得到充分的保护。
2019-02-11 physics.acc-ph
Beam-beam study of ERL based eRHIC
eRHIC是BNL提出的基于ERL的电子-离子对撞机（EIC）中的束-束效应，具有几个独特的特征，将其与强子对撞机和轻子对撞机中的束-束效应区分开来。利用电子束仅使用一次的事实，我们预计亮度将比具有类似参数的环-环碰撞方案大10倍。然而，如果不进行适当的处理，电子和强子束的质量可能会受到束-束相互作用的影响而下降甚至损失。讨论了电子束的扰动和失配效应、离子束的扭结不稳定性和噪声加热等有害效应及其可能的对策。
2014-10-22 physics.acc-ph
Experimental demonstration of cascaded round-to-flat and flat-to-round beam transformations
针对局部非轴对称外场中磁化电子束流长距离传输的挑战，提出级联圆到平、平到圆束流变换方案，并通过数值模拟与实验室实验完成演示，为下一代对撞机强子束电子冷却提供支撑。
2024-10-22 physics.acc-ph
High-quality ion beams from a nanometric double-layer target and their application to hadron-therapy
讨论了在激光辐射压力作用下，圆偏振激光脉冲与纳米双层靶相互作用产生离子束的情况。准单色，良好的准直离子束中观察到的二维粒子在细胞模拟。从一个简单的解析模型导出了离子束的特性，并讨论了利用具有陡上升沿的激光脉冲来控制这些特性的可能性。最后考虑了强子疗法的潜在应用。
2009-12-21 physics.acc-ph physics.plasm-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
Characterization and minimization of the half-integer stop band with space charge in a hadron synchrotron
在任何强子同步加速器中，半整数共振是限制可达到的最大光束强度的最强效应之一。GSI目前正在建造的重离子超导同步加速器SIS100应该为未来的FAIR实验提供强束流。以SIS100为例，本文提出了一个定量的框架来表征半整数阻带的现实，高斯分布聚束。这项研究确定了调谐区域的梯度误差引起的半整数谐振不同的空间电荷强度的影响。我们分析的一个关键见解是，对于聚束光束，相对较小的梯度误差可以导致大的半整数阻带宽度。因此，可实现的最大聚束强度（通常称为空间电荷极限）显著降低。这与基于更简化的光束分布的文献中现有研究的结果形成对比。差异的原因是确定在高斯分布时，空间电荷变得更强，出现在较长的时间尺度上的同步加速器相关的阻带宽度增加。同步加速器运动的作用，在提供连续的发射度增长的一堆仔细检查。为了使聚束束的半整数阻带最小化，从而增加空间电荷限制，应用晶格校正：在优化过程中包括空间电荷恢复相当于常规晶格校正的结果。因此，我们发现，传统的校正工具是非常适合于提高梯度误差引起的空间电荷限制的同步加速器。
2022-06-15 physics.acc-ph
Transverse Beam Stability with Low-Impedance Collimators in the High Luminosity Large Hadron Collider: Status and Challenges
大型强子对撞机（HL-LHC）的高亮度升级将使其束流强度增加一倍，以满足高能物理前沿的需要。为了确保相干稳定性，直到光束被置于碰撞中，横向阻抗必须被减小。由于环阻抗的主要部分是由其准直系统提供的，因此已经提出了几种低电阻率的钳口材料来降低准直器阻抗，并且已经建造了一个特殊的准直器并安装在机器中以研究它们的效果。结果表明，与阻抗模型和台架阻抗和电阻率测量结果一致，新型材料的电阻壁调谐偏移显着减少。最大的改进是使用钼-石墨钳口的5 μm钼涂层。这种涂层可以降低机器阻抗高达30%，并稳定朗道八极阈值高达120 A。根据八极阈值的改进以及对稳态损耗和故障情况的耐受性，选择了要升级的准直器。总体改善的一半可以通过涂覆11个准直器中的4个子集的钳口来获得，这些准直器被确定为对机器阻抗的最大贡献者。低阻抗准直器的这一子集将在2019-2020年的长周期2期间安装。
2020-01-27 physics.acc-ph
Formation of Patterns in Intense Hadron Beams. The Amplitude Equation Approach
研究了在单共振波作用下束粒子的纵向运动。基于多尺度的方法，我们推导出一个系统的耦合振幅方程的纵向分布函数的缓慢变化的部分和谐振器的波包络，对应于一个任意的波数。控制电压包络的缓慢演变的方程被证明是Ginzburg-Landau型。
2000-01-31 nlin.PS physics.acc-ph physics.plasm-ph
Beam-beam simulation code BBSIM for particle accelerators
本文描述了一个用于模拟高能环形对撞机中碰撞强子束相互作用的高效、完全并行化的六维跟踪模型和减轻其影响的模拟方案。该模型使用弱-强近似计算头上的相互作用时，测试光束具有较低的强度比其他光束，查找表的有效计算的远程光束束力，和自洽泊松求解器时，两个光束具有可比的强度。在并行环境中的模型的性能测试。用该程序计算了费米实验室Tevatron中的束流发射度和束流损失，并与测量结果进行了比较。我们还提出了两个方案的研究结果，提出了补偿束-束相互作用：a）在布鲁克海文的相对论重离子对撞机（RHIC）和大型强子对撞机（LHC）在欧洲核子研究中心与载流导线的远程相互作用的补偿，b）使用低能电子束，以补偿在RHIC的正面相互作用。
2011-04-11 physics.acc-ph
Analysis of the non-linear beam dynamics at top energy for the CERN Large Hadron Collider by means of a diffusion model
本文用一个扩散模型分析了CERN大型强子对撞机最高能动态孔径的最新实验结果。这个定理给出了Hamilton系统的摄动级数余项的最优估计。因此，建立了一个三参数扩散模型，该模型以高精度再现了实验结果。还详细讨论了所提出的模型的物理解释。
2019-07-25 nlin.CD physics.acc-ph
Beam Instrumentation and Long-Range Beam-Beam Compensation
高亮度大型强子对撞机（HL-LHC）第13章：初步设计报告。大型强子对撞机（LHC）是有史以来最大的科学仪器之一。自2010年开辟新的能源探索前沿以来，它已经聚集了约7,000名科学家的全球用户社区，他们从事基础粒子物理学和极端温度和密度下的强子物质物理学工作。为了维持和扩大其发现潜力，LHC将需要在2020年代进行重大升级。这将使其亮度（碰撞率）增加到原来设计值的五分之一，并使积分亮度（产生的总碰撞）增加到原来的十分之一。LHC已经是一台高度复杂和精致优化的机器，因此必须仔细构思这种升级，并需要大约十年的时间才能实现。这种新的配置被称为高亮度LHC（HL-LHC），它将依赖于一系列关键的创新，推动加速器技术超越目前的极限。其中包括尖端的11-12特斯拉超导磁体、用于超精确相位控制的束旋转的紧凑型超导腔、用于束准直的新技术和物理过程以及能量耗散可忽略不计的300米长的高功率超导链路。本文件描述了将用于实现该项目的技术和组件，旨在作为HL-LHC详细工程设计的基础。
2017-05-26 physics.acc-ph
Collimation of partially stripped ions in the CERN Large Hadron Collider
在对撞机之外的物理学研究范围内，伽马工厂倡议提出使用部分剥离的离子作为CERN大型强子对撞机（LHC）中新型高强度光子源的驱动器。2018年，LHC首次加速并储存了部分剥离的$^{208}\text{Pb}^{81+}$离子。在该测试期间记录的准直系统效率被发现是非常低的，使得只有非常低强度的光束可以被存储，而没有在发生常规的、微小的光束损失时触发光束收集器的风险。最严重的损失局限于电子感应加速器清洗插入的色散抑制器。本文通过分析来详细了解这些损失的来源。基于这种理解，可能的缓解措施，可以显着提高清洁效率，并使定期操作与部分剥离离子在未来的发展。
2020-07-24 physics.acc-ph
The Hadron Hose: Continuous Toroidal Focusing for Conventional Neutrino Beams
我们研制了一种新的常规中微子束聚焦系统。"强子软管“是位于介子衰变体积中的一根导线，位于目标和聚焦角的下游。金属丝被高电流脉冲化，以提供连续聚焦介子的环形磁场。软管增加中微子事件率，并减少近场和远场中微子光谱的振荡实验之间的差异。我们已经研究了这个设备作为主注入器（NuMI）项目中微子开发的一部分，但它也可能用于其他常规中微子束。
2002-10-21 hep-ex physics.acc-ph
FCC Based Lepton-Hadron and Photon-Hadron Colliders: Luminosity and Physics
未来的正负电子对撞机（或专用电子直线加速器）和μ子对撞机（或专用μ子环）的建设与未来圆形对撞机（FCC）相切，将有机会利用最高能量的质子和核束进行轻子-强子和光子-强子碰撞。对FCC的ep、\mup、eA、\muA、\gammap和\gammaA对撞机的亮度值进行了估算。详细讨论了基于FCC和直线对撞机（LC）的多TeV质心能对撞机。FCC质子束的升级版本的参数被确定为优化电子-质子碰撞的亮度，同时考虑束-束效应。使用目前正在开发的碰撞点模拟器进行数值计算。结果表明，采用类似LHeC的FCC工艺参数升级，可以获得L_{ep} \sim 10^{32}\，cm^{-2}s^{-1}。
2017-05-16 hep-ex hep-ph physics.acc-ph
Energy-Frontier Lepton-Hadron Collisions at CERN: the LHeC and the FCC-eh
轻子-强子对撞机使用当前和未来强子对撞机的质子或核束，并使其与新建电子加速器的电子束碰撞，带来了有吸引力的物理项目，这些项目与强子对撞机物理学相辅相成。能量回收直线加速器的机器开发和这种电子-强子对撞机的物理性能研究，特别是使用现有LHC束流的LHeC和未来圆形对撞机计划的一个选项FCC-eh，正在进行中，并在本文中进行审查。
2018-01-23 hep-ex hep-ph physics.acc-ph
Feasibility demonstration of a high-momentum, high-purity muon beamline at the J-PARC Hadron Experimental Facility
Research Center for Nuclear Physics (RCNP), The University of Osaka（大阪大学核物理研究中心）；Institute of Particle and Nuclear Studies (IPNS), High Energy Accelerator Research Organization (KEK)（高能加速器研究机构粒子与核研究研究所）；Institute of Physics, Academia Sinica（中央研究院物理学研究所）；Department of Physics, Graduate school of Science, Kyoto University（京都大学理学研究科物理学系）；Department of Physics, Graduate School of Science, The University of Osaka（大阪大学理学研究科物理学系）；Center for Science Adventure and Collaborative Research Advancement (SACRA), Graduate school of Science, Kyoto University（京都大学理学研究科科学冒险与协同研究推进中心）
J-PARC强子实验装置的研究团队建立μ20缪子束流方案，实现高动量高纯度缪子束，为日本该类束线运行提供可行性验证。
2026-08-27 hep-ex nucl-ex physics.acc-ph
Demonstration of a novel phase space painting method in a coupled lattice to mitigate space charge in high-intensity hadron beams
Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）
本文提出了一种新的相空间绘画方法，用于在耦合晶格中减轻高强度强子束团中的空间电荷，通过实验实现了对相空间分布的四维控制，并验证了其在Spallation Neutron Source (SNS) Accumulator Ring中的应用效果。
2026-01-21 physics.acc-ph physics.app-ph
Time evolution of the luminosity of colliding heavy-ion beams in BNL Relativistic Heavy Ion Collider and CERN Large Hadron Collider
我们研究了BNL的相对论重离子对撞机（RHIC）和CERN的大型强子对撞机（LHC）中重离子亮度和聚束强度的时间演化。首先，我们提出了大量的RHIC商店（从运行7），碰撞100 GeV/核子金束无随机冷却的测量。这些是比较两种不同的计算方法。第一种是基于多粒子跟踪的模拟，考虑到碰撞、束内散射、辐射阻尼以及同步加速器和电子感应加速器运动。在第二，更快的方法，一个系统的常微分方程的术语描述相应的影响，对发射度和聚束人口的数值求解。跟踪方法的结果与RHIC数据吻合得很好。与更快的方法，发现显着的差异，因为粒子的损失扩散出的RF桶由于束内散射没有足够准确地建模。最后，我们使用这两种方法来预测未来的铅束在LHC注入和碰撞能量的时间演化。对这台机器来说，这两种方法很吻合。
2010-09-08 nucl-ex physics.acc-ph
Ion sources for high-power hadron accelerators
离子源是所有粒子加速器的关键部件。它们产生初始光束，由机器的其余部分加速。本文介绍了高能强子加速器产生束流的多种方法。简要介绍了等离子体物理和束流形成的有关概念。不同类型的离子源中使用的加速器今天检查。正离子源产生的H+离子和多电荷重离子覆盖。概述了负离子产生的物理原理，并描述了不同类型的负离子源。尖端的离子源技术和用于开发下一代加速器源的技术进行了讨论。
2013-02-15 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Design and behaviour of the Large Hadron Collider external beam dumps capable of receiving 539 MJ/dump
两个6吨的束流收集器，由一个密封在不锈钢容器中的石墨芯制成，用于在加速器运行期间吸收两个大型强子对撞机（LHC）强质子束的能量。由于LHC束流动能的逐渐增加，2015年LHC运行2（2014-2018）期间开始出现操作问题，需要在垃圾场周围的高放射性区域进行技术干预。氮气泄漏后出现高能束的影响和仪器测量表明，最初无法预见的运动转储。启动了计算机建模分析活动，以了解这些问题的根源，包括蒙特卡罗模拟模拟质子束相互作用以及先进的热机械分析。主要的研究结果是，沉积在转储船舶的瞬时能量的量导致整个转储和高加速度（2000 g以上）的强烈的动态响应。基于这些发现，实施了升级的设计，包括新的支撑系统和束流窗口，以确保转储与LHC运行3（2022-2025）期间预见的更强的束流兼容，每束539 MJ。在本文中的转储和升级配置的操作行为的整体概述进行了讨论。
2021-10-27 physics.acc-ph physics.app-ph physics.ins-det
Measurement of the intrinsic hadronic contamination in the NA64$-e$ high-purity $e^+/e^-$ beam at CERN
本研究通过量热测量和蒙特卡洛模拟，精确测定了NA64-$e$实验中100 GeV/c电子/正电子束流的固有强子污染，验证了方法的有效性。
2023-10-11 hep-ex physics.acc-ph
Laser Manipulation of H- Beams: a Snowmass 2022 White Paper
未来的高功率（10 - 20兆瓦）强子加速器为基础科学和核应用提供了许多独特的机会。随着2.8 MW质子动力升级（PPU）[1]和5 MW欧洲散裂源（ESS）[2]的完成，人们的注意力将集中在强子加速器界的下一台高功率机器上。用金刚石剥离箔进行电荷交换注入到同步加速器中，比直接质子加速有很大的优势。然而，在临界束功率密度以上的箔升华和由于散射引起的束损失（对于SNS，在10 MW下约10 rem/h）存在明显的限制。
2022-03-16 nucl-ex physics.acc-ph
Simulations and measurements of beam loss patterns at the CERN Large Hadron Collider
欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC）旨在碰撞前所未有的能量质子束，以扩大高能粒子物理学的前沿。在2010年至2013年的第一个非常成功的运行期间，LHC通常存储3.5- 4 TeV的质子，总束流能量高达146 MJ，预计未来将存储更高的能量。这对光束损失的控制提出了非常高的要求。即使是一小部分电子束的不受控制的损失也可能导致超导磁体过渡到正常导电状态，或者在最坏的情况下导致材料损坏。因此，一个多级准直系统已经安装，以安全地拦截高振幅束质子之前，他们失去了其他地方。为了保证足够的保护，从准直器，详细的理论理解是必要的。本文介绍了数值模拟的结果，在LHC周围的束流损失的分布已经泄漏出的准直系统。这些研究包括在27公里长的大型强子对撞机环中通过5000多个磁铁的磁场跟踪质子，以及在准直器和被逃逸粒子击中的机器元件中粒子与物质相互作用的蒙特卡罗模拟。模拟结果同意通常在一个因素2与测量的光束损失分布从以前的大型强子对撞机运行。考虑到复杂的模拟，这必须考虑到大量的未知缺陷，并在环周围的总损失跨越7个数量级，我们认为这是一个很好的协议。我们的研究结果给信心的模拟工具，这也用于未来的加速器的设计。
2014-09-10 nucl-ex physics.acc-ph
The LHC as a Nucleus-Nucleus Collider
本文首先总结了欧洲核子研究中心大型强子对撞机的现状，包括铅离子注入链和计划的第一阶段的调试和运行与碰撞质子束。在稍后的阶段，LHC将以每个碰撞核子对5.5 TeV的质心能量碰撞铅核。这一飞跃超过目前可达到的28倍将开辟一个新的领域，不仅在核物质的实验研究中，而且在强子对撞机的束物理学中。高电荷束核的超周边和强子相互作用将导致束流损失，这将主导亮度衰减，并可能使超导磁体失超，从而设定亮度和存储束流的上限。下限由束流仪表设定。另一方面，核电荷的相干辐射应提供自然冷却以克服束内散射。与质子一样，一种灵活的、分阶段的方法将测试极限，并最佳地利用预定的束流时间。
2008-07-09 nucl-ex physics.acc-ph
High-luminosity Large Hadron Collider with laser-cooled isoscalar ion beams
本文介绍了伽马工厂计划的一个案例研究--欧洲核子研究中心加速器综合体中离子束的一种新的运行方案的建议。其目标是通过补充质子-质子碰撞计划与高光度核-核计划，扩大基于LHC的研究的范围和精度。其众多的物理学亮点包括光子-光子碰撞中独特的希格斯玻色子产生的研究和电弱（EW）参数的精确测量。有两种主要的方法可以增加LHC的亮度，而不需要升级CERN的注入器：（1）修改光束碰撞光学系统和（2）减少碰撞光束的横向发射度。前一个方案被正在进行的高光度（HL-LHC）计划所采用。后者，只适用于离子束，本文提出。它是基于激光冷却的部分剥离离子束在SPS平顶能量。对于满足本束操作约束并且对于EW物理学特别有吸引力的等oscillate钙束，在$8$秒长的冷却阶段内，横向束流发射度可以减少$5$的因子。在LHC顶能处的冷却钙束碰撞的预测的核子-核子光度$L_{NN}= 4.2 \times 10^{34}\,$ s $^{-1}$ cm $^{-2}$与HL-LHC质子-质子碰撞的能级光度相当，但具有减少的堆积背景。本文提出的方案，如果证实了未来的伽马工厂的原理验证实验，可以在欧洲核子研究中心实施的小基础设施投资。
2020-05-29 hep-ex physics.acc-ph physics.atom-ph
