高能离子在特殊形状弯曲晶体上的聚焦理论

基于具有可变曲率的弯曲晶体的用于在加速器中操纵粒子束的装置

Device on basis of a bent crystal with variable curvature for particle beams steering in accelerators

最近有人提出在粒子加速器中采用曲率逐渐减小的弯曲单晶代替均匀弯曲单晶来改善循环束的引出和准直。在给定的文件中创建的晶体设备具有可变曲率，实现这一想法进行了说明.告知沿着晶体板的曲率的测量结果。它示出，与发达国家的设备的帮助下，也可以进行高能量束聚焦。提出了这一过程的数学描述。

晶体准直实验中“体反射”效应的观察

Observation of "volume reflection" effect in crystal collimation experiments

在Tevatron对撞机上进行的RHIC重离子和质子晶体准直实验中，观测到了强相干散射（“反射”）效应。为了理解观测结果并将其与晶体中光束相干散射物理联系起来，用蒙特卡罗程序CATCH进行了详细的模拟。A.M. Taratin和S.A.沃罗别夫在1987年预测了光束在弯曲晶体中的“体积反射”效应。所提供的数据是这一新物理现象在实验中的首次体现。

用于消色差离子聚焦的“混合”型系统

A "hybrid"-type system for an achromatic focusing of ions

众所周知，在高能量的离子（对于轻离子超过10 MeV）下，通过磁四极场的聚焦是最有效的，而在低能量（小于1 MeV）下，通过电四极场的聚焦是最有效的。在离子的中间能量（从1到10 MeV）下，这些类型的聚焦中的每一种的效率降低。作者提出利用为此目的的“混合”型的聚焦系统，包括一系列的电和磁四极透镜，这是本地化在同一个空间。为了制造电四极透镜的场，提供利用RF四极。RF电四极子是由于加速间隙附近的漂移管的相关配置而产生的。作为一般的理论分析和实际实现的具体版本的计算的结果，它表明，给定的系统具有优势相比，由已知的类似物在中等能量的领域。离子在保证稳定运动的速度带发生了本质的变化，聚焦变成了“消色差”。计算中质子的速度为光速的0.5- 1.0%，电场梯度达50 kV/cm 2，磁场梯度达1 T/m。该系统的消色差性允许降低加速器的辐射激活并减少损失离子对电极表面的损害。

利用晶体透镜聚焦高能电子束以应用于放射治疗

Focusing of high energy electron beam using crystal lenses for applications in radiotherapy

本文探讨了利用弯曲硅晶体透镜替代四极磁铁聚焦极高能电子束用于放射治疗的可行性，通过Geant4模拟验证了其聚焦能力，并提出了增强聚焦强度的技术要求与替代方案。

IHEP的U-70加速器沟道研究和应用的现代成功

Modern success in channeling study and applications at the U-70 accelerator of IHEP

本文概述了在IHEP的U-70加速器上利用弯曲晶体进行高能质子束流控制的结果。相当多的注意力放在晶体的实际应用上，以创建从加速器中提取束流的新模式，以确保高能物理实验。结果表明，使用晶体偏转器时，效率达到约90%，强度高达10^12个质子/U-70循环。实验结果的使用晶体，以提高未使用的光束的吸收的有效性，以及使用晶体准直束晕。最后讨论了利用弯曲晶体从U-70中提取低能轻离子的前景。

衍射聚焦硬X射线自由电子激光谱仪

Spectrometer for Hard X-Ray Free Electron Laser Based on Diffraction Focusing

X射线自由电子激光器（XFEL）产生X射线辐射的超短、空间相干脉冲序列。我们提出了衍射聚焦光谱仪（DFS），它能够测量一个单一的XFEL脉冲辐射的能量分辨率为$ΔE/E\approx 2\times 10^{-6}$的整个能谱。这比大多数现代X射线光谱仪要好得多。这样的分辨率允许人们解析XFEL脉冲的精细光谱结构。由于动态散射，衍射聚焦的效果发生在单晶板中，并且类似于由具有负折射率的超材料制成的Pendry透镜中的聚焦。这种光谱仪比那些基于弯曲晶体的光谱仪更容易操作。我们表明，DFS可以使用在很宽的能量范围从5 keV到20 keV。

Nonlinear equilibria and emittance growth in plasma wakefield accelerators with ion motion

The plasma wakefield accelerator may accelerate particles to high energy in a future linear collider with unprecedented acceleration gradients, exceeding the GeV/m range. Beams for this application would have extremely high brightness and, subject to the intense plasma ion-derived focusing, they would achieve densities high enough to induce the plasma ions to collapse into the beam volume. This non-uniform ion density gives rise to strong nonlinear focusing which may lead to deleterious beam emittance growth. The effects of ion collapse and their mitigation has been investigated recently throu…

制造纳米粒子束的方法

Channeling as a method of making nanosized beams of particles

弯曲晶格中的粒子通道导致了一种有效的仪器，用于加速器中的光束转向，从MeV到TeV的能量。特别是，高能质子到微米尺寸的晶体聚焦已经在IHEP中得到证实，其结果与Lindhard（临界角）的预测很好地匹配。晶体微结构中的微电子化被认为是高能粒子微束的一个独特来源。纳米结构（单壁和多壁纳米管）中的镶嵌提供了在纳米尺度上产生离子束的机会。在纳米管中形成通道的颗粒（通常直径约为1纳米）被捕获在两个维度上，并且可以以类似于晶体通道的效率或更好的效率被引导（偏转，聚焦）。这项技术一直是计算机模拟的主题，包括IHEP在内的几个高能实验室正在进行实验。我们提出的理论展望，使通道为基础的纳米离子束和报告的经验与晶体聚焦的微尺度质子束。

laser加速质子聚焦和能量选择中双极和四极的性能

Performance of solenoids vs. quadrupoles in focusing and energy selection of laser accelerated protons

将激光加速质子或离子用于各种应用-例如在粒子治疗或短脉冲射线照相诊断中-需要有效的聚焦和能量选择方法。我们推导出一个分析缩放螺线管的性能相比，作为能量的函数，这是证实了TRACEWIN模拟的双峰/三重峰。缩放表明，在几兆电子伏以上的螺线管需要脉冲或超导，而四极可以保持传统。发现三重态的透射率仅比等效螺线管的透射率低25%。这两种系统同样适合于基于它们的色度效应的能量选择，如使用遵循Yan等人的RPA模拟模型的初始分布所示的\cite{yan2009}。

Reduction of multiple scattering of high-energy positively charged particles during channeling in single crystals

We present the experimental observation of the reduction of multiple scattering of high-energy positively charged particles during channeling in single crystals. According to our measurements the rms angle of multiple scattering in the plane orthogonal to the plane of the channeling is less than half that for non-channeled particles moving in the same crystal. In the experiment we use focusing bent single crystals. Such crystals have a variable thickness in the direction of beam propagation. This allows us to measure rms angles of scattering as a function of thickness for channeled and non-cha…

Distribution uniformity of laser-accelerated proton beams

Compared with conventional accelerators, laser plasma accelerators can generate high energy ions at a greatly reduced scale, due to their TV/m acceleration gradient. A compact laser plasma accelerator (CLAPA) has been built at the Institute of Heavy Ion Physics at Peking University. It will be used for applied research like biological irradiation, astrophysics simulations, etc. A beamline system with multiple quadrupoles and an analyzing magnet for laser-accelerated ions is proposed here. Since laser-accelerated ion beams have broad energy spectra and large angular divergence, the parameters (…