Effect of Insertion Devices in SPEAR 3
SPF3升级晶格将提供大大降低的束流发射度，以增加来自摇摆器和波荡器的同步辐射光束的亮度。七个现有的插入装置将用于网格。本文综述了摆动器的参数，概述了摆动器的补偿方案，并评估了摆动器对光学系统和动态孔径的影响。
2001-06-20 physics.acc-ph
An Innovative Transverse Emittance Cooling Technique using a Laser-Plasma Wiggler
我们提出了一个创新的光束冷却方案的基础上激光驱动等离子体尾场，以解决未来的直线对撞机的高亮度产生的挑战。对于直线对撞机，束流冷却是通过阻尼环与摇摆磁铁和加速腔装备。该方案确保通过同步辐射发射系统地减少相空间体积，同时通过加速腔补偿纵向动量损失。本文介绍了等离子体摇摆器的概念及其类似于磁摇摆器的有效模型;论证了等离子体摇摆器特性与阻尼特性的关系;提出了支持激光传输优化的粒子模拟方法。数值模拟了横向尾流场的振荡和由此产生的正弦探测束轨迹。与传统扭摆器相比，一个数量级更大的有效扭摆器场的形成被成功地说明。潜在的阻尼环设计的基础上，这种新型的等离子体为基础的技术和性能的阻尼时间和足迹进行了比较，现有的传统阻尼环设计。
2021-12-15 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Horizontal Emittance Reduction on a Synchrotron Radiation Light Source with a Robinson Wiggler
同步辐射装置的性能受光子束亮度的强烈影响，通过降低束流发射度可以进一步提高光子束亮度。Robinson Wiggler可以安装在非零色散的直线段中，以降低水平束流发射度。它由一组极性交替的磁铁组成，其磁场和梯度符号相反。它提供了一个紧凑的解决方案，以减少50%的水平发射度。但它能增加40%的能量扩散。本文介绍了Robinson Wiggler（RW）的概念，利用四个现有的波荡器首次在同步辐射光源中观测了Robinson效应对光束横向和纵向特性的影响，并研究了其对光子通量密度的影响。
2018-06-25 physics.acc-ph
Impact of coherent wiggler radiation impedance in Tau-Charm factories
本研究系统分析了相干扭摆器辐射（CWR）对Tau-Charm工厂束流稳定性的影响，改进了纵向CWR阻抗理论模型，并将其应用于中国正在设计的Super Tau-Charm Facility进行模拟评估。
2025-10-11 physics.acc-ph
Theory of Nonlinear Harmonic Generation in Free-Electron Lasers with Helical Wigglers
相干谐波产生（CHG），特别是非线性谐波产生（NHG），对于短波长自由电子激光（FEL）和高平均功率自由电子激光谐振腔都是重要的，其中短波长自由电子激光与固定的电子束能量有关，高平均功率自由电子激光谐振腔与高次谐波辐射对反射镜的破坏性影响有关。在本文中，我们提出了一种治疗的NHG从螺旋摇摆器，特别强调的二次谐波。我们的研究是基于麦克斯韦方程组的精确解析解，与格林函数方法的帮助下导出。特别是，我们证明了非线性谐波产生（NHG）从螺旋摇摆器轴上消失。我们的结论与文献中的结果形成了鲜明的对比，文献中的结果在描述电子运动时存在运动学错误。
2007-05-02 physics.acc-ph physics.optics
Brightness of synchrotron radiation from wigglers
根据文献，在计算摇摆器同步辐射的亮度时，需要考虑所谓的"景深"效应。事实上，粒子束截面沿摇摆器变化。通常认为，有效光子源尺寸相应增加，而亮度降低。在这里，我们声称，这是一个误解，源于分析的摆动源的几何参数的基础上，被视为几乎是不言自明的。根据电动力学，景深效应是不存在的：我们证明了这一说法在理论上和数值上，使用一个著名的第一原理计算机代码。这一事实表明，在通常被接受的近似下，对摆动器亮度的描述甚至在定性上也是不一致的。因此，需要一个定义明确的程序来计算来自摇摆器源的亮度。我们完成这项任务的基础上使用的维格纳函数形式主义。在几何光学中，极限计算可以解析地进行。在此限制内，我们限制自己的情况下，光束尺寸占主导地位的制度，这是典型的同步辐射设施在X射线波长范围内。我们给出了一个直接的演示的事实，即视水平源的大小扩大成比例的光束线开口角和摇摆器的长度。虽然这一效果是众所周知的，但似乎没有直接的证据在其他地方。我们考虑的问题的计算的摇摆器源的大小仅通过数值模拟，发挥同样的作用的实验。我们报告了一个显着的精确计算和近似值之间的数值分歧目前在文献中使用。
2014-12-08 physics.acc-ph
Sympletic tracking methods for insertion devices: a Robinson wiggler example
现代同步加速器光源通常以来自插入装置的高亮度同步辐射为特征。不可避免地，插入装置将非线性失真引入到射束运动。辛跟踪对于研究撞击是至关重要的，特别是对于低能量和中等能量的储存环。本文以Robinson摆动器为例，介绍了一种普遍适用的磁场解析表示，并总结了四种不同的辛跟踪方法。
2022-10-11 physics.acc-ph
Quantum Theory of Generation of Coherent X-Ray in a Wiggler
本文介绍了摆动器中X射线自由电子激光的非线性量子理论。给出了空间周期性强磁场中Dirac方程的解，它描述了单个电子在摇摆器中的量子动力学。利用得到的电子波函数，得到了麦克斯韦和相对论量子动力学方程组的自洽解。在此基础上，研究了当光子能量大于由电子束能量/角扩展引起的共振宽度和由有限相互作用长度引起的共振宽度时，在非线性量子机制下产生相干X射线辐射的过程。
2004-03-24 physics.acc-ph
Benchmarking Collective Effects of Electron Interactions in a Wiggler with OPAL-FEL
OPAL-FEL是最近发展起来的一种用于模拟含有摇摆器或波荡器的粒子加速器的工具。它扩展了完善的三维静电粒子跟踪代码OPAL，将其与时域有限差分电磁求解器MITHRA合并。我们提出了两个基准的情况下，OPAL-FEL模拟实验结果进行了比较。这两个实验都涉及电子束线的纵向相空间调制与短磁摆动器。良好的协议，发现在空间电荷和辐射为主的制度。
2021-12-04 physics.acc-ph
The Conversion of CESR to Operate as the Test Accelerator, CesrTA, Part 4: Superconducting Wiggler Diagnostics
康奈尔大学的电子/正电子储存环（CESR）在2008年5月开始的一系列加速器关闭过程中进行了修改，这大大提高了其粒子加速器的研发能力。CESR的能量跨度从1.8到5.6 GeV，电子和正电子都有，这使得它适合于研究与当前光源和未来轻子阻尼环有关的各种加速器物理问题和仪器。此外，其中一些也与质子加速器的束流物理有关。本文是四篇文章中的最后一篇，介绍了超导摇摆器的真空系统改造，以适应研究摇摆器内电子云（EC）行为的诊断仪器。早期的论文提供了一个概述的加速器物理程序，一般修改CESR，必要的转换CESR的测试加速器，CesrTA，增强研究低发射度调谐方法，EC效应，束内散射，快离子不稳定性，以及一般改进束仪器的真空系统的修改。虽然CesrTA最初的研究集中在与国际直线对撞机阻尼环设计有关的问题上，但CESR是一个非常通用的储存环，能够研究广泛的加速器物理和仪器问题。
2016-10-18 physics.acc-ph
Superradiant and stimulated-superradiant emission of bunched electron beams
我们概述了从聚束带电粒子束的基本相干辐射发射过程。与来自与粒子数量成比例的随机电子束的辐射的自发发射相反，预聚束电子束可以通过（自发）超辐射（SP-SR）过程（在Dicke的意义上）发射与粒子数量平方成比例的自发相干辐射。在种子注入辐射场的作用下，受激超辐射（ST-SR）过程可以进一步增强聚束电子束的SP-SR相干发射。在本文中，这些相干辐射发射过程的单聚束和周期性聚束光束被认为是在辐射模式扩展模型。将相干自发发射的一般模型推广到非线性区域，特别是波荡器（摇摆器）相互作用：锥形增强受激超辐射放大（TESSA）。在锥形摆动器种子注入自由电子激光器中发生了SP-SR和TESSA过程。在这样的自由电子激光器中，在X射线区域中操作，这些过程与其他效应相交织。然而，这些基本的发射概念是有用的指导方针的策略，wiggler锥形效率和功率增强。在此基础上，回顾了基于SP-SR（相干波荡器辐射、同步辐射、Smith-Purcell辐射等）的相干辐射源的理论和实验，在太赫兹制度和正在进行的工作，在所有的光学频率制度，直到X射线的锥形摇摆器效率增强的概念。
2019-04-23 physics.acc-ph
Long Term Dynamics and Stability Studies for the High-energy Electron Cooler
Cornell University（康奈尔大学）；Brookahven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室）
针对电子-离子对撞机中环电子冷却器（REC）的非线性动力学问题，通过优化聚焦摆动器场、色品校正、轨道校正和空间电荷效应，实现了超过5σ的横向和纵向动态孔径，验证了REC在所需冷却参数下的可行性。
2026-06-16 physics.acc-ph
Nonlinear Accelerator Problems via Wavelets: 3. Effects of Insertion Devices on Beam Dynamics
在这一系列的八篇论文中，我们提出了一些加速器物理问题的小波分析多项式逼近的方法的应用。在这一部分中，我们假定场为正弦变化，考虑了插入装置对束流动力学影响的解析处理。利用小波方法研究了一类具有多项式非线性和变系数的动力学模型。我们构造了相应的小波表示。作为例子，我们考虑摆动器和波荡器磁体。我们认为，我们的变分方法，可适用于每个规模的进一步修改。
1999-04-21 chao-dyn math-ph math.MP
Analytical theory of coherent synchrotron radiation wakefield of short bunches shielded by conducting parallel plates
建立了由两块平行导电板提供屏蔽的相干同步辐射（CSR）阻抗的一般模型。该模型使我们能够很容易地再现所有以前已知的分析CSR唤醒，并扩展到以前没有探索的情况下的分析。它将阻抗的计算减少到沿梁的轨迹进行积分。新的分析结果推导出辐射阻抗屏蔽以下轨道：扭结，弯曲磁铁，摆动器的有限长度，和无限长的摆动器。所有的公式都用CSRZ计算机程序进行了数值模拟。
2016-01-15 physics.acc-ph
Dynamic Aperture Studies for SPEAR 3
斯坦福大学同步辐射实验室正在研究一个加速器升级项目，该项目将用18 nm rad双弯曲消色差（DBA）晶格：SPF3取代目前的130 nm rad FODO晶格。低发射度设计产生高亮度光束，但DBA晶格中的较强聚焦增加了色度和对机器误差的光束灵敏度。为了确保有效的注入和长的Touschek寿命，已经进行了设计晶格和动态孔径的优化。在本文中，我们审查的方法，以最大限度地提高SPATIAL 3的动态孔径，包括必要的光学修改，选择的调谐和相位提前，优化的六极和耦合校正，和建模的机器误差，摇摆器和晶格周期性的影响。
2001-06-20 physics.acc-ph
Impact of Ion Clearing Electrodes on Beam Dynamics in DAFNE
目前，清除电极被认为是现有和未来对撞机中电子云驱动问题的可能解决方案。由粘贴在电介质板上的薄的高电阻层制成的“隐形”电极已经被提出作为电子云清除的设计解决方案之一。这种电极首次成功地应用于LEP的正负电子蓄电池（EPA）中。类似的电极已经在DAFNE电子环中用于离子清除目的很长时间了。DAFNE的理论考虑和实验测量已经揭示了离子清除电极（ICE）对机器宽带阻抗的实质性贡献，从而引起几种有害影响，降低对撞机性能。在本文中，我们讨论了电极对DAFNE束流动力学的影响，显示的ICE尾场和阻抗计算的结果，并与现有的实验数据进行比较。我们还描述了ICE从电子环的摆动器部分，导致在显着的改善方面的束流动力学和几何光度去除的程序。
2007-05-09 physics.acc-ph
Quantum Mechanical Treatment of Transit-Time Optical Stochastic Cooling of Muons
在某些应用中，超快速随机冷却将是期望的，例如，为了提高μ子对撞机或中微子工厂中的最终亮度，其中短的粒子寿命严重限制了可用于减少束相空间的总时间。但是快速冷却需要非常高带宽的放大器，以限制来自邻近粒子的非相干加热效应。提出了一种渡越时间光学随机冷却方法，该方法利用高增益、高带宽的固体激光器对强磁场摇摆器中带电粒子束团的自发辐射进行放大。然后，该放大的光被反馈到第二摇摆器内的同一束上，具有适当的相位延迟以实现冷却。但在放大之前，任何一个粒子的可用信号都非常小，平均每一次通过都比一个光子少得多，这表明辐射应该用量子力学来处理，并提出了这样的疑问：这个微弱的信号是否包含足够的冷却所需的相位信息，以及它是否可以可靠地放大，以在每次通过时提供预期的冷却。对辐射和放大过程进行量子力学处理的动力学的仔细研究表明，快速冷却原则上是可能的，其冷却速率基本上与经典计算一致，前提是包括不可避免的放大器噪声的影响。因此，量子力学的不确定性并没有给光学冷却带来任何不可逾越的障碍，但确实建立了冷却速率和可实现发射率的下限。
2009-05-04 physics.acc-ph
Quasiclassical Calculations of Wigner Functions in Nonlinear Beam Dynamics
我们提出了应用变分小波分析的数值/解析计算的维格纳函数的（非线性）准经典束动力学问题。（朴素）变形量化和多分辨率表示是关键点。我们在紧支撑小波和小波包的基础上，通过在广义相干态或高局域非线性本征模中的多尺度展开，构造了该表示。
2001-06-02 math-ph math.MP nlin.PS
Nonlinear Dynamics of High-Brightness Beams
考虑相对论性空间电荷支配束流的横向动力学和束团振荡引起的束晕生长，是基于对均方根包络方程的有理（在动力学变量上）近似的变分方法。它允许控制每个尺度的基础多尺度的贡献，并通过精确的非线性本征模展开表示的解决方案。我们的方法是基于方法提供的可能性，工作在相空间中的本地化基地和良好的收敛性能，相应的扩展。
2001-06-02 math-ph math.MP nlin.PS
Nonlinear $δf$ Method for Beam-Beam Simulation
基于非线性$δf$方法，我们发展了一种模拟同步加速器对撞机中束-束互作用的有效算法，其中$δf$是束流分布与缓慢演化的主分布$f_0$的小得多的偏差。在存在阻尼和同步辐射的量子涨落的情况下，已经证明了分布函数的缓慢演化部分满足Fokker-Planck方程。它的解决方案已获得的光束包络函数和振幅的分布，满足耦合系统的常微分方程。一个数值算法适合于直接代码实现的$δf$和$f_0$的发展分布已经开发。得到了$δf$的宏观粒子动力学权重的显式表达式以及缓变$f_0$的表达式。
2000-10-23 physics.acc-ph physics.comp-ph
Crosstalk between beam-beam effects and lattice nonlinearities in DAPhNE
考虑到测得的立方非线性的电子-正电子Phi-factory DAPhNE中的束-束效应的数值模拟表明，非线性对对撞机的亮度性能有很大的影响。数值结果解释了许多实验观测过程中的碰撞在单和多聚束制度。
2003-11-26 physics.acc-ph
Nonlinear Localized Coherent Spectrum of Beam-Beam Interactions
我们考虑建模强-强束-束相互作用超越前面的线性化/微扰方法，如软高斯近似或FMM（HFMM）等。在我们的方法中，离散相干模式，发现之前，可能出现的非相干振荡作为结果的多分辨率/多尺度快速收敛分解的基础上的高本地化精确的非线性模式表示的小波或小波包函数。构造的解决方案代表了从慢到快的振荡本征模的所有内部隐藏尺度的完整多尺度谱。基本的变分方法提供了代数控制的频谱。
2002-06-22 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
Approximate Entropy Analysis for Nonlinear Beam Dynamics
Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室）
本文利用近似熵分析研究环形加速器中非线性束流动力学的混沌特性，并用于非线性晶格优化。
2023-06-29 physics.acc-ph
Nonlinear cooling of an annular beam distribution
近年来，人们一直致力于研究如何利用非线性效应通过非线性共振的绝热交叉来形成横向光束分布。通过这种方法，可以在横向平面中分裂光束，使得初始单高斯光束被分成几个不同的分布。这是在欧洲核子研究中心质子同步加速器成功运行的多圈提取过程的核心。非线性效应也可以通过作用于光束的横向分布来冷却光束。在本文中，我们提出并讨论了特殊情况下的光束与环形分布，显示如何通过适当设计的操作的基础上的非线性效应，可以有效地降低其发射度。
2022-05-06 physics.acc-ph
Cleaning the beam halo using nonlinear AC magnets
针对四维相空间中含束晕的束流分布，本文提出利用高阶非线性交流磁铁捕获并绝热输运束晕，通过理论建模与数值模拟验证清洁效果。
2024-10-29 nlin.CD physics.acc-ph
Suppression of Space Charge Induced Beam Halo in Nonlinear Focusing Channel
强流非均匀粒子束由于非线性空间电荷力的作用，在聚焦通道中表现出强的发射度增长和束晕的形成。这种现象限制了光束亮度并导致粒子损失。该问题与由于在相空间中的双折射而在常规聚焦结构中光束的相空间体积的不可逆畸变有关。发射度的增长伴随着真实空间中的晕形成，这导致不可避免的粒子损失。本文讨论了求解二维几何中匹配非均匀梁自洽问题的一种新方法。将所得解应用于束流输运问题，同时通过使用非线性聚焦场避免了发射度增长和晕圈形成。守恒的光束分布函数的证明解析和粒子模拟的光束与现实的光束分布。
2016-02-16 physics.acc-ph
Nonlinearities and Effects of Transverse Beam Size in Beam Position Monitors (revised)
本文研究了具有给定横向电荷分布的长束流在均匀真空室中产生的场。本文计算了有限尺寸光束在光束位置监测器（BPM）电极上产生的位移信号，并与笔形光束产生的位移信号进行了比较。针对任意腔室截面计算了由于有限横向束尺寸而对BPM信号的非线性和校正。本文给出了圆形或矩形腔室中束流几种特殊横向分布的简单解析表达式。特别感兴趣的是一个一般的证明，在一个任意的均匀腔室的束流尺寸修正消失的任何轴对称束流分布。
2003-02-11 physics.acc-ph
Analytical Solutions for the Nonlinear Longitudinal Drift Compression (Expansion) of Intense Charged Particle Beams
为了在重离子聚变中获得高的焦斑强度，离子束在聚焦到靶上之前必须纵向压缩十到一百倍。纵向压缩是通过对漂移光束施加初始速度剖面倾斜来实现的。在本文中，强流带电粒子束的纵向漂移压缩的问题是解决解析的两个重要的情况下，对应于一个冷束，和一个压力占主导地位的束，使用一维的热流体模型描述的纵向束动力学。
2004-06-29 physics.acc-ph physics.plasm-ph
A first taste of nonlinear beam dynamics
非线性动力学可以以许多不同的方式影响粒子加速器的性能，这取决于加速器的类型和它运行的参数状态。影响范围从光束特性或行为的微小变化到光束稳定性和机器性能的严重限制。在这些笔记中，我们提供了一个简单的介绍非线性动力学在加速器。在回顾了线性动力学的一些相关结果后，我们概述了非线性动力学的一些主要思想，并以两种不同类型的加速器为例进行了讨论：单通道系统（束流压缩器）和周期性系统（储存环）。我们展示了如何理解的起源和性质的非线性行为，再加上使用适当的分析工具，可以证明是有用的预测在不同的系统中的非线性动力学的影响，并允许设计适当的校正或缓解。
2022-01-05 physics.acc-ph
Measurement of the nonlinear diffusion of the proton beam halo at the CERN LHC
本文基于Nekhoroshev定理分析框架，通过监测CERN LHC准直器颚板受控移动期间的束流损失信号，测量了质子束晕的非线性扩散系数，验证了其与理论假设的高度一致性，并评估了束束补偿对束尾扩散的有效性。
2024-10-14 nlin.CD physics.acc-ph
Applications of electron lenses: scraping of high-power beams, beam-beam compensation, and nonlinear optics
电子透镜是脉冲的、磁约束的电子束，其电流密度分布被成形以在循环束上获得期望的效果。费米实验室的Tevatron对撞机使用了电子透镜，用于逐束补偿远距离束-束调谐偏移，用于去除中止间隙中未捕获的粒子，用于正面束-束补偿的初步实验，以及用于演示空心电子束的晕刮。布鲁克海文国家实验室（BNL）的相对论重离子对撞机（RHIC）正在调试用于束-束补偿的电子透镜。对空心电子束准直和晕控制进行了研究，作为补充欧洲核子研究中心大型强子对撞机升级准直系统的一个备选方案;最近完成了一项概念设计。由于它们的电荷和质子束附近没有材料，电子透镜也可以提供一种替代导线的方法，用于LHC亮度升级方案中具有小交叉角的长距离束-束补偿。在费米实验室，我们计划在可积光学测试加速器（IOTA，一个40米的150 MeV电子环）中安装一个电子透镜，作为非线性可积光学的原理验证实现之一，以实现大的调谐扩展和更稳定的光束，而不会损失动态孔径。
2014-09-11 physics.acc-ph
Development of a nonlinear plasma lens for achromatic beam transport
本研究提出基于等离子体霍尔效应的非线性有源等离子体透镜新构想，作为消色差电子束流传输晶格的组成部分，由一维流体模拟启发设计，并已在CERN的CLEAR束线开展实验表征。
2024-11-01 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Quantumlike description of the nonlinear and collective effects on relativistic electron beams in strongly magnetized plasmas
对强纵向磁场作用下相对论电子/正电子束在等离子体中的自相互作用进行了数值分析。在过密区等离子体尾流场论的范围内，横向束流-等离子体动力学由热波模型提供的长束流极限下的类量子Zakharov方程组描述。在束斑尺寸远大于等离子体波长的极限情况下，Zakharov系统被简化为二维Gross-Pitaevskii型方程，其中陷阱势阱是由于外部磁场。预言了涡旋、“束晕”和非线性相干态（2D孤子）。
2011-08-04 physics.acc-ph physics.plasm-ph
