Modeling the fringe field of permanent magnet multipoles using numerical simulations
永磁体多极子（PMM）被广泛应用于加速器中，用于聚焦粒子束或限制离子源中的等离子体。利用磁场模拟软件计算出永磁电机产生的实际磁场，并通过三维磁场图将其用于粒子跟踪程序。一种常见的替代方法是使用所谓的“硬边”模型，该模型给出了假设零边缘场的PMM内部磁场的近似值。这项工作提出了PMM边缘场特性的调查。利用傅立叶多极展开法建立了永磁电机磁场的解析模型。提出了一种具有唯一参数$λ$的通用轴向势函数，该势函数能够再现实际的PMM磁场（包括它的两个边缘场），并与PMM长度有明确的关系。导出了包含轴向边缘场的一阶解析模型。这个简单的模型符合麦克斯韦方程组（curl（B）=0和div（B）=0），并且当需要快速分析计算时，可以有利地替代“硬边”模型。高阶分析多极展开模型的质量评估的${χ^2}$估计。的潜在的函数参数$λ$的一般依赖性给出作为一个功能的PMM几何四极，六极和多极，允许使用开发的模型在模拟程序中的多极几何形状是一个输入参数。
2020-03-20 physics.acc-ph
Medical therapy and imaging fixed-field alternating-gradient accelerator with realistic magnets
NORMA是一种用于50至350 MeV质子的正常传导赛道固定场交变梯度加速器（FFAG）的设计。在这篇文章中，我们展示了从一个理想化的晶格的发展与严格的二维（2D）和三维（3D）有限元磁铁建模的磁场图实施的设计。我们表明，虽然从一个2D模型的字段可能会重现理想化的字段到一个密切的近似，调整必须考虑到由3D模型和边缘字段和完整的3D模型所带来的差异的晶格。实施这些晶格校正，我们恢复所需的性能，小的调谐位移与能量和一个巨大的动态孔径。主要结果是一个迭代的设计方法，以产生第一个现实的设计质子治疗加速器，可以快速提供质子治疗和成像高达350兆电子伏。第一次迭代是显式执行的，并在文本中详细描述。
2017-09-03 physics.acc-ph
Linear Fringe Field Effects of Quadrupoles
当人们需要更精确的环形晶格模型来研究储存环中的长期束流动力学和处理高强度质子同步加速器或累积环中的大孔径磁体时，边缘场变得重要。本文用李代数方法导出了计算四极边缘场引起的调谐位移的简单表达式。与SAD码中的线性边缘场模型相比，该方法在考虑高阶项的情况下，具有更高的精度。该方法也适用于BEPCII晶格。基于李代数技巧和逆级数方法，提出了四极杆的等效硬边模型，并给出了模型参数的解析表达式。该模型具有直接计算四极杆等效长度和强度，以及强度变化时易于适应等优点。用数值方法检验了该模型及其简化版本的有效性，结果表明它们具有很好的一致性。
2014-04-18 physics.acc-ph
Effects of Curved Superconducting Magnets on Beam Stability in a Compact Ion Therapy Synchrotron
本文首次研究弯曲型CCT超导磁体在紧凑型医用同步加速器中的影响，提出三维弯曲场分析方法并在MAD-X/PTC中建模，以评估其对束流动力学和长期稳定性的作用，为优化磁体与加速器设计提供依据。
2025-02-07 physics.acc-ph
Magnetodynamic Finite-Element Simulation of Accelerator Magnets
本课程讲稿描述如何建立加速器磁铁的磁动力场模拟，以及其背后的内容。麦克斯韦方程组的相关公式推导。在空间上用有限元法离散，在时间上用标准的时间积分法离散。介绍了加速器-磁体模型的建立步骤。给出了GSI SIS-100磁体的示例性仿真作为说明。最后，一些扩展的标准FE方法，专用于加速器磁铁，进行了讨论。
2020-06-18 physics.acc-ph
Progress in high field accelerator magnet development by the US LHC Accelerator Research Program
可用于引导和聚焦质子束的最大磁场将是推动高能大型强子对撞机设计的最重要因素。美国大型强子对撞机加速器研究计划（LARP）是美国国家实验室的合作项目，旨在展示Nb 3Sn磁体技术应用于未来对撞机的可行性。虽然LARP主要关注高亮度LHC（HL-LHC）的要求，但它也与高能LHC（HE-LHC）直接相关。将讨论方案结果和未来方向。
2011-08-08 physics.acc-ph
Maximum allowable temperature during quench in Nb3Sn accelerator magnets
本文旨在通过对实验结果的分析，了解Nb_3Sn加速器磁体在失超过程中热点的最高允许温度。
2014-01-16 physics.acc-ph
Specifications, quality control, manufacturing, and testing of accelerator magnets
磁体的性能在加速器的功能中起着重要作用。大多数磁铁是在加速器实验室设计的，由工业制造。实验室和制造商之间的联系是包含磁铁技术规格的合同。为了概述技术规格的内容，本文描述了ALBA（弯曲，四极和六极）磁体的规格。磁体设计的基本规则在附录A中进行了回顾。
2011-03-09 physics.acc-ph
Proceedings of the WAMSDO 2013 Workshop on Accelerator Magnet, Superconductor, Design and Optimization, CERN Geneva, Switzerland, 15 - 16 Jan 2013
本报告包含2013年1月15日至16日在欧洲核子研究中心举行的加速器磁体超导体、设计和优化研讨会（WAMSDO）的会议记录。WAMSDO研讨会的第四版侧重于与失超保护相关的方面。
2014-01-20 physics.acc-ph
Design, Construction and Test Arrangement of a Fast-Cycling HTS Accelerator Magnet
介绍了一种新型快循环加速器磁体的设计、制造和组装。短样品磁体由单匝高温超导电缆供电，该电缆能够在20 K下承载80 kA电流，并在40 mm磁隙中产生1.75 T磁场。然而，所应用的常规引线和电源仅允许正弦波24 kA、20 Hz限流测试磁体达到0.5 T的B场和20 T/s的最大循环速率。电缆的建设和拼接连接到电源线的关键方面进行了说明。提出了一种可能应用于质子和μ子加速器的高温超导加速器磁体的暂定功率损耗。
2014-09-19 physics.acc-ph
Manufacturing and Testing of Accelerator Superconducting Magnets
用于加速器的超导磁体的制造是一个相当复杂的过程，尚未完全工业化。在本文中，经过一个简短的历史演变的磁铁设计和建设，我们审查的主要特点加速器磁铁的建设技术的影响。我们证明了设计和组件质量如何影响施工，以及为什么最终产品需要全面质量的方法。LHC的经验被广泛讨论，并阐明了主要的教训。然后，新的Nb3Sn技术，下一代磁铁建设的发展，概述。最后，我们简要回顾了加速器超导磁体的测试过程，强调了与设计验证和制造过程的密切联系。
2015-01-28 physics.acc-ph
R&D works for Superconducting Magnet for Future Accelerator Applications in Japan
KEK低温科学中心正在为未来的加速器科学开发超导磁体技术。三个主要的技术类别是重点：1）高精度三维磁场技术的基础上的g-2/EDM磁铁的发展，2）抗辐射超导磁铁技术的基础上的彗星磁铁的发展，和3）高磁场超导磁铁技术的基础上的未来对撞机的LHC MQXA和HL-LHC D1磁铁的发展。广泛的研究，包括Nb 3Sn导体和磁体的高场磁体和高温超导抗辐射超导磁体的发展正在进行各种合作计划，如美日研究合作。
2022-03-23 physics.acc-ph
Conventional Accelerator Magnets
Paul Scherrer Institute（保罗谢尔研究所）
本课程介绍了用于粒子加速器的传统磁体，包括正常导体铜线圈磁体和永磁体，探讨了它们的设计原理、材料选择及应用实例。
2026-02-23 physics.acc-ph
Quench protection analysis in accelerator magnets, a review of the tools
随着加速器磁体的磁场和储存能量的增加，失超保护成为磁体设计的关键部分。由于失超现象的复杂性交织在磁、电和热分析中，使用数值代码是该过程的关键组成部分。在这方面，我们建议在这里审查几个常用的磁铁设计社区的工具。
2014-01-16 physics.acc-ph
Understanding training in superconducting accelerator magnets using acoustic emission diagnostics
在超导加速器磁体发展中的各种长期存在的问题中，培训是影响磁体性能的最古老和众所周知的问题之一。了解训练过程背后的物理学对于在新磁体设计中适当缓解和消除这种现象至关重要。本文讨论应用声发射（AE）诊断定位和分类的瞬态机械事件在超导磁体和表征的瞬态能量释放负责过早淬火，记忆效应，并最终，培训。结合美国磁体发展计划的目标，展望了未来声发射诊断技术的发展。
2022-03-16 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
Superconducting Accelerator Magnets
Paul Scherrer Institute（保罗谢尔研究所）
本课程介绍超导磁体技术，涵盖材料、结构、制造方法及核心挑战，通过实例展示其在加速器中的应用与优势。
2026-02-23 physics.acc-ph
Mechanical Design of Superconducting Accelerator Magnets
本文是关于超导加速器磁体的机械设计。首先，我们简要回顾了基本概念和术语。在下面的章节中，我们描述了不同类型的超导加速器磁体的机械设计的特殊性：超导体，cos-theta，超导体和环形线圈。特别注意的预应力原则，其目的是避免在超导线圈的拉伸应力的出现。以一台小型超导回旋加速器为例，总结了机械设计的主要步骤和应遵循的原则。最后，我们提出了一些意见的测量技术。
2015-01-13 physics.acc-ph
Accurate Transfer Maps for Realistic Beamline Elements: Part I, Straight Elements
带电粒子束传输系统中的轨道行为，包括直线加速器和圆形加速器以及最终聚焦部分和光谱仪，可以敏感地依赖于各种束线元件中的非线性边缘场和高阶多极效应。列入这些影响需要一个详细的和现实的模型的内部和边缘领域，包括其高空间导数。已经开发了一系列表面拟合方法，用于从网格上的三维场数据中准确地提取这些信息，这些数据由各种三维有限元场代码提供。基于这些现实的场模型，可以使用Lie或其他方法来计算精确的设计轨道和关于这些轨道的精确转移图。本工作的第一部分提出了直轴磁性元件的治疗，而第二部分将治疗弯曲偶极子与大骑跨。一个完全可解但数值上具有挑战性的模型场被用来提供一个严格的性能基准集合。
2010-05-06 physics.acc-ph
Fiber-optic diagnostic system for future accelerator magnets
下一代高能物理加速器将需要~20 T的磁场。高温超导线圈将是未来加速器磁体的重要组成部分，目前有几项工作致力于设计20 T高温超导-低温超导混合磁体。在现有的挑战中，缺乏用于混合磁体技术的鲁棒失超检测系统。另一个巨大的挑战是Nb 3Sn磁体达到性能水平所需的大量训练淬火。在这个框架中，重要的是要找到一个工具，允许本地实时监测磁体的应变和温度。在本文中，我们建议使用纤维光学传感器的诊断和淬火检测在未来的加速器超导磁体。离散和分布式光纤传感器已被证明是一种很有前途的工具。目标是为数百个加速器超导磁体提供仪器，并超越概念验证水平。仍然需要取得重大进展。在这里，我们将介绍最新的结果，并讨论最紧迫的技术发展，以便在未来10年内使这些传感器成为加速器超导磁体的强大而可靠的诊断工具。我们预见，在未来3到5年内，分立光纤传感器将成为超导磁体的稳定诊断探针。分布式光纤需要更多的研发工作。最迫切的需求是提高采样率和灵敏度。与供应商的密切合作将是必要的，以改善机械性能和制造工艺，以生产数百米的光纤和仪器的大量加速器超导磁体。这些研发工作将持续长达10年，创始水平介于500万至1000万美元之间。
2022-03-15 physics.acc-ph
Status of Nb$_3$Sn accelerator magnet R&D at Fermilab
自90年代末以来，费米实验室一直在开发基于Nb3Sn超导体的新型加速器磁体技术。已经构建并测试了六个短偶极模型、七个短四极模型以及许多单独的偶极和四极线圈，展示了磁体性能参数及其可重复性。该技术的规模扩大计划已经建立和测试了几个偶极和四极线圈长达4米。这项工作的结果进行了总结的文件。
2011-08-09 physics.acc-ph
Accelerator Technology Magnets
Snowmass社区演习于2020年4月开始，旨在确定并记录美国和国际合作伙伴对粒子物理学未来的科学愿景。AF 7-磁铁工作组负责a）解决磁铁技术对未来HEP设施的潜在贡献，b）评估实现这些机会所需的R\&D，c）估计这些工作的时间和成本规模，以及d）评估相关制造基础设施和测试设施的需求。本报告介绍了工作组的职责，总结了加速器和探测器磁体技术的现状，并讨论了将美国和国际HEP的这一关键领域推向新视野的想法和计划。
2022-12-01 physics.acc-ph
Proof of Concept of High-Temperature Superconducting Screens for Magnetic Field-Error Cancellation in Accelerator Magnets
加速器磁铁必须有最小的磁场缺陷，以减少粒子束的不稳定性。在由高温超导（HTS）带材制成的线圈的情况下，需要仔细评估持续电流引起的场缺陷。在本文中，我们研究了使用超导屏蔽的基础上，高温超导磁带，以减少加速器磁铁的磁场缺陷。屏幕利用持续电流的磁化来消除磁场误差。屏幕与主要场分量对齐，使得仅补偿不期望的场分量。屏幕是被动的，自我调节的，不需要任何外部能源。在液氮中的测量在77开尔文显示偶极场配置的磁场误差的显着减少到四个因素。通过数值模拟，解释了在高温超导屏幕的几何缺陷的残余误差，从而达到满意的协议与实验结果。模拟结果表明，如果屏幕的宽度和厚度增加，并在4.5开尔文，场误差几乎可以完全消除加速器磁铁的典型的激励周期。
2021-03-26 physics.acc-ph
Using tevatron magnets for HE-LHC or new ring in LHC tunnel
简要介绍了两种用于33 TeV厘米级能量的p ~+ - p ~+碰撞HE-LHC的注入加速器方案。一种选择是基于SPS隧道中的Super-SPS（S-SPS）[1]加速器，另一种是基于LHC隧道中的LER（低能环）[2]加速器。预期的主要电弧加速器磁体的性能考虑的S-SPS和LER加速器的建设被用来试探性地设计这些加速器作为潜在的注射器，以HE-LHC的一些选定的属性。
2011-08-08 physics.acc-ph
Record High Ramping Rates in HTS Based Super-conducting Accelerator Magnet
我们报告的高温超导体为基础的快速循环原型加速器磁体的实验测试的结果能够操作高达约300特斯拉每秒的磁场斜坡率与一些0.5 T的磁场中的磁隙。所测量的上限为低温冷却功率所需的支持磁体导体在高斜坡率的操作表明，这种类型的磁铁在快速循环同步加速器中微子研究或μ子加速的巨大潜力。简要介绍了试验磁体的设计、结构和配套的低温和动力系统。磁铁功率测试结果进行了讨论，在一个可能的升级，这种磁铁的设计，以2 T的字段，最大可行的超铁磁铁。
2021-11-11 physics.acc-ph
Fast cycling HTS based superconducting accelerator magnets: Feasibility study and readiness demonstration program driven by neutrino physics and muon collider needs
高能效快循环加速器磁体的开发对下一代中微子研究质子快循环同步加速器（RCS）和未来μ子对撞机的助推加速器至关重要。我们看到了一个独特的机会，有这样的磁铁建立在高温超导体（HTS）的基础上。除了在相对较高的温度下具有超导性之外，与低温NbTi超导体电缆相比，稀土高温超导带显示出非常小的交流损耗。最近对基于HTS的0.5 m长双孔超导加速器磁体的测试表明，在10 Hz重复频率和0.5 T B场跨度下，具有约300 T/s的高dB/dt斜坡率。在6 K冷却中没有观察到温度升高He在0.003K误差内，将磁体导体线圈中的低温功率损耗的上限设置为小于0.2W/m。基于这一结果，我们概述了该测试磁体设计的可能升级，即在10 mm束隙中将其升级为2 T B场，dB/dt斜升速率高达1000 T/s。该短样品磁体的功率测试结果将用于预测低温和电功率损耗，作为磁体B场和dB/dt斜升速率的函数。然后，这些预测将被缩放到预期的加速器磁体束隙和质子和μ子RCS加速器的B场的范围。我们邀请合作者加入这些研究，并呼吁支持旨在全面展示这种方法的研发计划，包括到2028年对基于HTS的快速循环加速器磁体的长原型进行设计，建造和功率测试。
2022-03-11 physics.acc-ph
Eddy currents in accelerator magnets
本文介绍了加速器磁场中的主要涡流效应--磁场修正（时间延迟和磁场质量）和电阻性功率损耗。在第一部分中，从麦克斯韦方程组，一个基本的理解的过程，并解释了简单的几何形状和时间行为的例子。有用的公式推导出的影响的大小的分析估计。在第二部分中的实际磁铁的影响进行了分析和描述的数值和测量结果的比较。最后，在前几部分的基础上，给出了如何减小涡流效应的设计建议。
2011-03-09 physics.acc-ph
Case Studies on Superconducting Magnets for Particle Accelerators
在CERN加速器学校的“加速器的超导性”中，学生被分成18组，并分配了6个不同的练习（案例研究），涉及超导磁体和RF腔的设计和分析。这些问题涵盖了广泛的主题，从超导材料的性能到操作条件和组件的一般尺寸。学生们进行的工作被证明是一个非常有用的机会，可以复习讲座中解释的材料，熟悉关键参数的数量级，并理解和比较不同的设计方案。我们在本文中提供了一个总结的活动有关的超导磁体的案例研究，并提出了主要成果。
2015-01-28 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
Finite-Element Simulation of an Accelerator Magnet: an Exercise
本说明描述了加速器磁体有限元（FE）模拟的扩展练习。学生使用FEMM免费软件构建和模拟磁体模型。他们有机会练习有限元理论，包括麦克斯韦方程组，磁准静态公式，加权残差方法，选择适当的有限元形函数和代数方程组，从而通过填写表格进行指导。他们被邀请来实现一个简单的FE求解器的最关键的部分。最后，使用自己的软件再次模拟磁体，并开发一些问题专用的后处理例程。该练习教育加速器物理和电气工程专业的学生构建和模拟准确和可管理的FE模型，标准FE求解器背后的算法以及为自己的目的扩展FE求解器的一些想法。开展这项工作所需的所有文件均可免费查阅。
2020-06-18 physics.acc-ph
Differentiable Preisach Modeling for Characterization and Optimization of Accelerator Systems with Hysteresis
粒子加速器性能的未来改进取决于加速器越来越精确的在线建模。在用于通知控制算法的在线加速器模型中，加速器的磁性，机械和材料组件中的滞后效应通常被忽略，即使在高精度加速器中，来自表现出滞后的系统的再现性误差也不可忽略。在这项工作中，我们结合了经典的Preisach滞后模型与机器学习技术，有效地创建非参数，高保真模型的任意系统表现出滞后。我们证明，我们的技术准确地预测物理加速器磁铁的磁滞效应。我们还通过实验演示了如何使用这些方法可以在原位，其中的磁滞模型与贝叶斯统计模型相结合的光束响应，允许表征的磁滞在加速器磁铁完全从测量的光束。此外，我们探讨如何使用这些联合的悬臂梁模型，使我们能够克服优化性能的限制时，滞后效应被忽略。
2022-02-15 physics.acc-ph
Replacement of Magnet Power Supplies, Control and Field-Bus for the Psi Cyclotron Accelerators
PSI加速器复合体中的磁体电源及其控制和现场总线都是旧的。有些部件已经使用了30多年。为了保证进一步的维护和满足更苛刻的2 mA光束操作规范，必须更换它们。将使用为SLS开发的开关电源。这意味着对加速器控制系统的一部分进行了重大重新设计，该系统现在基于CAMAC，ROAD-C和其他内部开发的硬件，包括机器保护系统。新设置的修改控制将基于VME或CAMAC，并具有用于机器保护系统功能的专用处理器。
2001-12-11 physics.acc-ph
A search for integrable four-dimensional nonlinear accelerator lattices
加速器中的可积非线性运动有可能引入大的电子感应加速器调谐扩展以抑制不稳定性并减轻空间电荷和磁场误差的影响。为了创建这样的加速器晶格，必须找到导致稳定的可积分运动的磁场和/或电场组合。本文提出了家庭的晶格与一个不变的有界运动可以很容易地创建在大体积的相空间。此外，它提出了两个例子的可积非线性加速器晶格，实现与坐标相关的磁场或电场与稳定的非线性运动，这可以解决的可分离变量。
2012-07-16 physics.acc-ph
Accelerator Magnet Development Based on COMB Technology with STAR Wires
本文报道基于STAR导线的COMB磁体技术进展，制造并测试了60 mm孔径双层二极磁体，以研究绕制过程中STAR导线临界电流的退化情况。
2023-08-07 physics.acc-ph
Application of Wavelet-based Active Power Filter in Accelerator Magnet Power Supply
由于现代加速器对磁体电源（PS）的稳定性要求很高，因此有必要降低流经磁体的谐波电流。针对北京正负电子对撞机二级加速器电源下降电流的抑制问题，提出了一种基于小波变换的有源电力滤波器。有源电力滤波器（APF）是改善电流质量的有效装置。作为对这些谐波电流的对策，APF电路产生谐波电流，抵消来自PS的谐波电流。提出了一种基于小波变换的有源电力滤波器。利用离散小波变换对供电电流中的谐波分量进行分析，并根据分析结果设计有源电力滤波电路。最后给出了仿真和实验结果，验证了该有源滤波器的有效性。
2013-12-20 physics.acc-ph
Towards 20 T Hybrid Accelerator Dipole Magnets
在圆形粒子加速器中获得非常高的碰撞能量的最有效方法是使主弯曲偶极子的场强最大化。在使用Nb-Ti超导体的偶极磁体中，实际的磁场极限被认为是8-9 T。当使用Nb_3Sn超导材料时，可以实现15-16 T的场水平。为了进一步推动磁场超过Nb 3Sn极限，需要在磁体设计中考虑高温超导体（HTS）。最有希望用于粒子加速器磁体的高温超导材料是Bi 2212和REBCO。然而，它们出色的性能伴随着显着更高的成本。因此，朝向20 T偶极磁体的经济上可行的选择可以包括混合解决方案，其中使用HTS和Nb 3Sn材料两者。我们在本文中讨论各种20 T混合磁体概念的初步概念设计。在定义了总体设计准则后，基于简单扇形线圈的有限元模型研究了线圈尺寸和参数。初步的2D截面计算结果，然后提出和三个主要的布局比较：余弦θ，块，和共同线圈。传统的设计和更先进的压力管理选项都被考虑在内。
2022-08-30 physics.acc-ph
Development and demonstration of next generation technology for Nb_3Sn accelerator magnets with lower cost, improved performance uniformity, and higher operating point in the 12-14 T range
本白皮书中概述的建议范围是开发和演示下一代12-14 T范围内的Nb_3Sn加速器磁体所需的技术。其主要目标是使磁体冷质量成本比美国加速器升级项目（AUP）为HL-LHC生产的Nb_3Sn磁体降低2倍或更高。这一目标将通过显著减少劳动时间、提高工作点和改善性能均匀性来实现。一个关键因素将是自动化，这将通过行业参与实现，并受益于美国国家实验室通过生产AUP磁体获得的经验。这种合作关系将使技术的发展，将很容易转移到工业中的中型和大型生产的Nb_3Sn加速器磁铁在12-14 T的范围。这一步对于实现下一代对撞机，如FNAL提出的μ子对撞机，FCC和其他HEP强子对撞机至关重要。这是一个定向研发，方向是由高自动化和工业就绪技术的领域范围和行业参与给出的。该计划包括10个里程碑，将在6-8年内实现，费用为5-7百万美元/年。
2022-10-09 physics.acc-ph
Complex Representation of Potentials and Fields for the Nonlinear Magnetic Insert of the Integrable Optics Test Accelerator
可积光学测试加速器（IOTA）的非线性磁性插入件的矢量势的另一种表示法，首先在第2节中描述。V.A. Danilov和Nagaitsev的论文中，使用标准复变量方法从第一原理确定。特别地，证明了由二维Laplace方程和Bertrand-Darboux方程组成的耦合系统等价于复平面上的一个常微分方程，并构造了一个简单的解.结果与Danilov和Nagaitsev的论文一致，这种简洁的表示通过非线性插入提供了粒子跟踪的计算优势，避免了计算中平面附近矢量势的横向导数时出现的小的修正因子所引起的数值误差。一个类似的表示提供了两个运动不变量的空间依赖性。
2019-07-31 physics.acc-ph
What is Needed for BiSCO to Work in a Dipole Insert for 20 Tesla Hybrid Accelerator Magnets
本研究针对未来加速器20T级混合磁体的需求，分析了BiSCO高温超导体线材的应用优势与现存挑战，并提出了四项推动其在加速器磁体中应用的关键改进方向。
2024-06-21 physics.acc-ph
Test samples and infrastructure for accelerator magnet developments
由于磁铁的训练功能，LHC仍然不能以全能量运行。高场实用超导体（Nb 3Sn）显示出比NbTi差得多的训练行为。大多数磁体性能问题都与淬火有关，我们需要了解这种现象及其依赖关系，才能在磁体中成功解决这些问题。出于实用和科学的原因，很难在真正的磁铁中研究潜在的机制。可用的数据表明，在失超位置模拟当地条件可能足以很好地理解是什么驱动了观察到的行为。“本地”条件意味着通过在具有可控条件（包括外部磁场和力场）的设施内供电的电缆/“堆叠”的小样本进行仿真。本文讨论了这种方法的必要性，同时回顾了目前淬火研究的认识和方向，并指出了现有技术的不足。要实现持续和负担得起的发展，就需要改善设施和改变观点。
2022-03-14 physics.acc-ph
Accelerator beam phase space tomography using machine learning to account for variations in beamline components
本研究提出一种结合机器学习的加速器束流四维横向相空间重建技术，可同时估算磁铁强度误差，已通过CLARA实验数据验证，实现快速精准的相空间层析成像。
2024-05-16 physics.acc-ph
Maxwell's Equations for Magnets
加速器中的静磁场通常用多极描述。我们表明，在两个维度上，多极场确实提供麦克斯韦方程组的解决方案，我们认为电流的分布和几何形状的铁磁材料需要（在理想化的情况下），以产生指定的多极场。然后，我们考虑如何确定在一个给定的领域的多极分量。最后，我们展示了如何二维多极描述可以扩展到三维，这使得边缘领域，或在这样的设备，如波荡器和摇摆器的主要领域，要表示在一组模式，其中每个模式提供了一个解决方案麦克斯韦方程组。
2019-07-26 physics.acc-ph
Long Short-Term Memory Networks for Anomaly Detection in Magnet Power Supplies of Particle Accelerators
本研究提出基于LSTM的异常检测方法，通过预测粒子加速器磁铁电源关键部件温度来识别异常，并在定制测试台上验证了其优于传统方法的性能。
2024-05-28 physics.acc-ph
Measuring the Field Quality in Accelerator Magnets with the Oscillating-Wire Method -- a Case Study for Solving Partial Differential Equations
加速器磁铁的磁场强度和磁轴的测量通常采用单拉丝法。导线连接端子处的积分电压是与由移位的导线描绘出的表面相关联的通量的量度。拉伸的金属丝也可以用远低于共振频率的交流电来激励。因此，可以通过利用线振荡幅度、积分场和电流幅度之间的线性关系来测量多极场误差。这种技术是求解偏微分方程的一个很好的例子，或者更准确地说，一维和二维的边值问题。特别是，在加速器磁体的孔径中的字段由拉普拉斯方程，这导致一个边界值的问题，通过确定一系列的本征函数的系数从测量的字段组件或线振荡幅度域边界上解决。张紧弦的振荡是一维非齐次波动方程的一个例子。由于只考虑了线运动的线性化方程和磁体的积分场谐波，因此，导线系统的非线性表征产生了对该方法的不确定性（和限制）的反馈。
2020-06-17 physics.acc-ph
High precision scalable power converter for accelerator magnets
较低的传导功率损耗和有利于并联连接的正温度系数使碳化硅（SiC）金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）成为现有硅绝缘栅双极晶体管（IGBT）技术的优秀替代品。这些特性与高开关频率操作相结合，使高精度DC-DC转换器的设计具有最小的滤波要求。本文研究了一个转换器的设计与高精度电流（0.9ppm）提供0.05H的电磁负载，旨在实现不使用有源滤波器的准确性，通过使用SiC MOSFET和可扩展的模块为基础的转换器设计。
2022-01-27 physics.acc-ph
Nonlinear Accelerator Lattices with One and Two Analytic Invariants
可积系统出现在物理学很久以前的开端与经典动力学的例子是开普勒的和其他著名的问题。不幸的是，大多数非线性问题都是不可积的。在加速器术语中，任何二维非线性不可积映射都会产生混沌运动和稳定和不稳定共振的复杂网络。然而，在一个可积系统的附近，这种混沌网络的总体积是很小的。因此，加速器中的可积非线性运动有可能引入大的电子感应加速器调谐扩展，以抑制不稳定性并减轻空间电荷和磁场误差的影响。为了创建这样的加速器晶格，必须找到导致稳定的可积分运动的磁场和电场组合。本文提出了家庭的晶格与一个不变的有界运动可以很容易地创建在大体积的相空间。此外，它提出了3个家庭的可积非线性加速器晶格，实现与坐标相关的磁场或电场与稳定的非线性运动，这可以解决的可分离变量。
2010-03-03 physics.acc-ph
Nonexistence of Integrable Nonlinear Magnetic Fields with Invariants Quadratic in Momenta
本文证明在严格满足麦克斯韦方程且不作近似时，不存在具有动量二次不变量的非线性完全可积磁场，从而无法直接推广Courant-Snyder理论，并猜想更高次不变量情形同样不存在，同时发现了一个新的大型可积哈密顿量族。
2024-07-04 physics.acc-ph
Proceedings of the 2009 CAS-CERN Accelerator School: Specialised course on Magnets, Bruges, Belgium, 16 - 25 Jun 2009
这些会议记录介绍了由欧洲核子研究中心加速器学院（CAS）组织的第二十三期专业课程的讲座，主题是“磁铁”。该课程于2009年6月16日至25日在比利时布鲁日举办。这是第一次选择这个主题作为专业课程。考虑到世界各地加速器目前使用的相关应用的数量，但更重要的是，不同实验室相应专门知识的减少令人担忧，会议认识到，这一专题最终应纳入CAS系列专业课程。该课程的具体目的是向参与者介绍电阻磁铁设计的基础知识及其基本理论概念。学校的第一部分涉及基本的入门课程，如麦克斯韦方程组的磁铁，束流光学，物理和测量的磁性材料，不同类型的电阻磁铁及其各自的性能，介绍了数值场计算，并在基本磁铁设计的核心讲座。课程的第二部分重点关注质量控制、不同的测量系统及其电子设备、校准技术和各自的应用以及稳定性和再现性问题。第一次，除了实际的讲座，一个案例研究提出了与会者。这包括8个小时的指导实践练习，参与者必须提出自己的磁体设计，满足为西班牙巴塞罗那ALBA同步加速器光源开发的组合功能磁体的边界条件。这一案例研究受到了与会者的热烈欢迎，他们赞扬了拟议的方法和从这一实践中获得的大量实用信息。
2011-05-25 physics.acc-ph
High Field Magnet Development for HEP in Europe: A Proposal from LDG HFM Expert Panel
欧洲实验室主任小组（LDG）于2021年由CERN理事会授权监督加速器研发路线图的制定。为此，召集了一系列专家小组，涵盖ESPPU强调的加速器研发的五个广泛领域。高场磁体（HFM）小组正在提出一项计划，以证明大规模部署的Nb3Sn磁体技术，并研究加速器磁体应用的高温超导体（HTS）的适用性。该方案的摘要载于此处。
2022-03-15 physics.acc-ph
Investigating the Magnetic Field outside small Accelerator Magnet Analogs via Experiment, Simulation, and Theory
本文通过小型磁体类似物、智能手机传感器和 Magpylib 模拟，验证了加速器磁体外部磁场由单一多极矩主导并遵循 $B \propto 1/r^{l+2}$ 的幂律关系。
2023-05-26 physics.acc-ph physics.ed-ph
Single-Particle Dynamics in a Nonlinear Accelerator Lattice: Attaining a Large Tune Spread with Octupoles in IOTA
费米实验室正在建造集成光学测试加速器（IOTA），作为加速器研发计划的核心，以实现高强度圆形机器。在目前的圆形加速器中，限制束流强度的因素之一是集体不稳定性，如果不稳定性足够慢，则可以通过朗道阻尼机制或外部阻尼器的电子感应加速器频率（调谐）的扩展来抑制集体不稳定性。扩散通常由八极磁体产生，八极磁体引入了对振幅的调谐依赖性，在某些情况下，通过色扩散（对粒子动量的调谐依赖性）。八极子的引入通常具有有益的（改进的朗道阻尼）和有害的性质，例如共振行为和动态孔径的减小。IOTA环的研究目标之一是在特殊但现实的加速器配置中使用传统的八极磁体，实现大的电子感应加速器调谐扩展，同时保持大的动态孔径。在本文中，我们提出的电子束在IOTA的粒子跟踪和频率图分析的计算机模拟结果。结果表明，环的八极磁铁可以配置为提供一个电子感应加速器调谐偏移0.08（粒子在大振幅）的动态孔径超过20束西格玛为150 MeV的电子束。同步加速器运动、晶格误差和磁体缺陷的影响对于由环的设计设定的公差的参数和水平而言是微不足道的。所描述的八极插入件可以有益于增强高强度机器中的朗道阻尼。
2017-03-28 physics.acc-ph
A Metallurgical Inspection Method to Assess the Damage in Performance-Limiting Nb3Sn Accelerator Magnet Coils
针对Nb₃Sn加速器磁体线圈因脆性缺陷易失超、性能受限的问题，研究开发了结合无损与有损技术的新型冶金检测方法，可精确评估失超相关的股线损伤，并在多只不合格四极磁体线圈上验证了效果。
2022-11-17 physics.acc-ph
Optics Design of Vertical Excursion Fixed-Field Alternating Gradient Accelerators
垂直偏移固定场交变梯度加速器可以被设计成具有相对于动量和轨迹不变的调谐，所述动量和轨迹是仅在垂直方向上移位的彼此的缩放图像。这是可能的，使用具有垂直指数增加的引导场，在磁体主体中具有偏斜四极分量，并且在磁体端部具有螺线管分量。由于这引入的耦合，轨道和光学计算以及参数的优化需要以数字方式进行。在本文中，理想化的磁场计算的第一性原理，考虑到端场。的光学和环的动态孔径的参数依赖性的计算为例的一个环的周长约25米，加速质子束从3兆电子伏到12兆电子伏。本文首次报道了这种加速器晶格的设计，使用专门设计的工具来分析横向耦合光学，而不需要近似。
2020-11-21 physics.acc-ph
Identification of Magnetic Field Errors in Synchrotrons based on Deep Lie Map Networks
针对同步加速器磁场误差识别需逐段构建模型、耗时长的问题，提出deep Lie map networks框架，结合粒子动力学与机器学习并行推断误差位置强度，可提升加速器校正控制精度。
2023-03-20 physics.acc-ph
