Potential of a longitudinally focusing insertion for a storage ring X-ray FEL
在目前的工作中，我们调查的潜力纵向聚焦装置压缩束流通过波荡器的同步加速器储存环。如果集成到类似于PETRA III的存储环中，则这种装置可能产生在$nm$范围内的连续$\sim$ 1ps光子脉冲，其峰值脉冲功率为数十GW。即使没有在自由电子激光饱和模式下工作，纵向聚焦也可以提供增加亮度和缩短光子脉冲长度的手段。
2013-11-28 physics.acc-ph
Using Longitudinal Strong Focusing Principle to Lower Particle Beam Energy Spread Locally in a Storage Ring
Tsinghua University（清华大学）
本文提出利用纵向强聚焦原理在存储环中局部降低粒子束能量展宽，并通过可逆Echo SSMB在高功率EUV辐射生成中的应用示例展示了该方法的核心思想和主要贡献。
2026-05-19 physics.acc-ph
Weak focusing low emittance storage ring with large 6d dynamic aperture based on canted cosine theta magnet technology
研制了一种具有大6D动态孔径的低发射度电子储存环。与使用具有优化的（和大的）水平相位提前的强聚焦磁单元的传统方法相反，其产生巨大的自然色度，我们采用了相对弱的聚焦晶格，每个单元具有低色度，因此具有宽的开和关动量动态孔径。弱聚焦发射度增长是不可避免的，我们通过将晶格切成许多短的、弯曲角度小的基本周期单元来进行补偿。为了减小尺寸，我们叠加聚焦梯度和色度补偿六极分量的偶极子场利用超导磁体的基础上倾斜余弦θ（CCT）绕组技术。其结果是一个模型晶格与50 μ m的水平发射度在3 GeV的光束能量，400-500米的周长和大6D孔径。
2019-06-24 physics.acc-ph
A hybrid ring design in the storage-ring proton electric dipole moment experiment
本文提出了一种新的混合设计，以消除冻结自旋储存环质子电偶极矩测量中的主要系统误差。在这种设计中，电动弯曲板引导粒子，磁聚焦取代了电动。磁聚焦应允许同时的顺时针和逆时针存储，以消除与面外偶极子电场相关的系统误差。通过连续运行不同强度的磁聚焦，可以消除与四极电场有关的误差。
2018-10-25 physics.acc-ph
Analytical Estimations of the Chromaticity and Corrections to the Spin Precession Frequency in Weak Focusing Magnetic Storage Rings
理解束流和自旋动力学是加速器物理学的基础，随着强度前沿中更高精度的粒子物理实验的出现，人们对更精确地估计束流和自旋动力学变量的兴趣越来越大。本文对最简单的粒子加速器：弱垂直聚焦的圆形磁储存环中的一些重要变量，如束流横向色度和自旋进动频率偏置，给出了解析估计。我们试图精确地从小的电子感应加速器振荡或动量色散获得下一阶近似，通过高精度的自旋跟踪模拟验证。我们还讨论了一种潜在的方法来抑制自旋进动频率偏置，相关的实验可能会发现有益的。
2022-02-20 hep-ex physics.acc-ph
Longitudinally strong focusing lattice for Compton--ring gamma sources
具有激光脉冲堆积腔的GeV能量的电子储存环是有希望的极化硬光子的强源，其通过对产生，可用于产生极化正电子束。对储存环中电子束团与强激光脉冲相互作用的动力学过程进行了理论分析和数值模拟。讨论了束团与极高功率激光脉冲和中等功率激光脉冲相互作用行为的共同特征和差异。还考虑特殊的格设计的康普顿伽玛环。
2022-07-08 physics.acc-ph
Octupole Focusing Relativistic Self-Magnetometer Electric Storage Ring "Bottle"
提出了一种测量带电基本粒子（如质子）电偶极矩（EDM）的方法，该方法是测量径向电弯曲场$E_r$作用于全电储存环中循环的冻结自旋极化质子的EDM所引起的自旋进动。限制这种测量的主要系统误差来自于由作用于质子的（大得多的）磁偶极矩（MDM）的无意和未知的平均径向磁场$B_r$引起的伪自旋进动。除了采取极端的磁屏蔽措施外，防止这种系统误差的最佳保护措施是使用储存环本身作为“自磁力计”;产生系统EDM误差的精确磁场平均值$\langle B_r\rangle$通过轨道位置控制被精确地归零。通过使用八极而不是四极聚焦，回复力对于小振幅的垂直电子感应加速器样运动可以小得几乎为零，但在大振幅下足够强以保持所有粒子被捕获。这大大提高了磁力计的灵敏度。任何平均径向磁场误差$\langleΔB_r\rangle$都会引起CW和CCW射束之间的垂直轨道偏移。自磁力测量法测量这种变化，使其消除。对于这里提出的八极环，磁场控制的精度为$\langleΔB_r\rangle\approx \pm 3\times10^{-16}\,$特斯拉。这足够小以将质子EDM测量中的系统误差减小到可以测量到与标准模型预测的实际小偏差的范围内。虽然新颖，这里给出的相对论瓶子的理论分析，磁或电或两者兼而有之，是基本的，他们的行为被预测是完全令人满意的。
2015-12-02 physics.acc-ph
Racetrack FFAG muon decay ring for nuSTORM with triplet focusing
储存环中的μ子衰变产生的中微子束将是精确测量中微子截面和寻找无菌中微子的理想工具，因为它的味道含量和光谱是精确已知的。在拟议中的nuSTORM设施中，π介子将直接注入赛道储存环，在那里循环的μ介子束将被捕获。在本文中，我们表明，一个μ子衰变环的基础上的跑道缩放FFAG（固定场交替梯度）与三重聚焦结构是一个非常有前途的选择，具有潜在的优势，基于FODO的解决方案。我们讨论了环的概念，机器参数，线性光学设计，光束动力学和注入系统。
2018-09-03 physics.acc-ph
Study of Magnetic Hysteresis Effects in a Storage Ring Using Precision Tune Measurement
随着近几十年来加速器科学和技术的进步，加速器社区已经专注于下一代光源的开发，例如衍射限制存储环（DLSR），其需要精确控制电子束能量和电子感应加速器调谐。这项工作的目的是了解磁滞效应的电子束能量和晶格聚焦的圆形加速器，并开发新的方法来获得更好的控制这些影响。在本文中，我们将报告我们最近的实验研究的磁滞效应及其对杜克储存环晶格的影响，使用横向反馈为基础的精密调谐测量系统。与磁铁归一化和晶格斜坡的主要磁滞效应进行了仔细研究，以确定一个有效的程序晶格制备，同时保持高度的可重复性的晶格聚焦。通过测量调整四极设置所引起的电子感应加速器调谐偏移，研究了局部磁滞效应。一种新的技术已经被开发出来，以精确地恢复四极的聚焦强度，通过返回到一个适当的设置，以克服局部滞后效应。
2016-04-16 physics.acc-ph
First Experimental Demonstration of Beam Storage by Three-Dimensional Spiral Injection Scheme for Ultra-Compact Storage Rings
Graduate School of Science, University of Tokyo（东京大学理学研究科）；High Energy Accelerator Research Organization（高能加速器研究机构）；Graduate School of Science and Engineering, Ibaraki University（茨城大学理工学研究科）
本研究首次在超紧凑存储环中通过三维螺旋注入方案实现了电子束存储，验证了该方法在高精度测量中的应用潜力。
2026-02-16 hep-ex physics.acc-ph
Electrostatic Storage Ring
在测量质子电矩的试验\cite{BNL}中，考虑了静电晶格储存环。这里给出了关于这种聚焦的主要参数的概述。除了确认关于这个主题的所有问题之外，在处理向量$(x,x',Δp/p)$的所有$3\times 3$矩阵中引入了非空元素$M_{31}$，并讨论了它的作用。
2012-02-08 physics.acc-ph
Statistical analysis of the limitation of half integer resonances on the available momentum acceptance of a diffraction-limited storage ring
在衍射限制储存环中，由于聚焦误差引起的半整数共振（HIRs）可能会限制动量接收（MA），而聚焦误差又与强聚焦和强六极子的大失谐项有关，从而限制了超低发射度。以高能光子源（HEPS）为例，通过统计分析发现，水平方向的HIR对动力学的影响要大于垂直方向的HIR; HIR引起MA降低的概率与同一平面上的β拍级密切相关，而与误差源无关。对于HEPS设计，为了达到约1%的小MA降低概率，标称调谐处的β拍的均方根幅度应保持在水平1.5%和垂直2.5%以下。该分析可为其他DLSR设计提供有益的参考。
2016-06-23 physics.acc-ph
Echo Enhanced Strong Focusing for Coherent Short-Wavelength Radiation
Tsinghua University（清华大学）
提出回声增强强聚焦方案，利用横向-纵向耦合和束流回声效应解决能量扩散瓶颈，实现高效高次谐波产生，为软X射线产生铺平道路。
2026-06-07 physics.acc-ph
Beam-Based Diagnostics of Electric Guide Fields and Lattice Parameters for Run-1 of the Muon g-2 Storage Ring at Fermilab
Muon g-2储存环电子系统的一部分，它提供垂直束聚焦，表现出意想不到的时间依赖性，产生了一个特征的演变过程中运行-1的Muon g-2实验在费米实验室（E989）的存储束。基于μ子储存环的数值模型和COSY INFINITY软件支持的优化算法，提出了一种重建Run-1电导场的方法。该方法以Muon g-2秸秆跟踪探测器的束流剖面测量值作为输入，并产生完全重建的随时间变化的场。然后，这些场可用于再现详细的光束跟踪模拟，并计算用于验收研究和系统误差评估的环晶格参数。
2022-11-16 physics.acc-ph
Longitudinal single-bunch instabilities driven by coherent undulator radiation in the cavity modulator of a steady-state microbunching storage ring
最近提出了一种基于稳态微聚束的储存环运行机制，该机制包含一个激光腔调制器，为循环微聚束提供纵向聚焦。本文分析了相干波荡器辐射对纵向单束团多圈集体动力学的影响，探讨了一种新的可能的不稳定性机制。我们制定的多匝运动方程的单个微束团作为两套差分方程的调制器和在剩余的存储环。色散方程可以通过引入波荡器平均相空间坐标得到。预测的不稳定性增长率显示出合理的协议与数值逐圈跟踪模拟提供的基本假设的有效性。该分析为研究相干波荡器辐射驱动的腔调制器多匝不稳定性提供了一定的理论依据。这种新的不稳定性机制和罗宾逊不稳定性在传统的基于射频的存储环之间的差异进行了讨论。
2022-05-31 physics.acc-ph
Systematic errors related to quadrupole misplacement in an all-electric storage ring for proton EDM experiment
在储存环电火花加工实验中，由于垂直电场与磁偶极矩的耦合作用，静电元件的错位会产生假信号。垂直错位的四极子引入与其错位成比例的电场，在存储期间在粒子的静止坐标系中周期性地变化。这导致在每转时垂直自旋分量的积累。我们研究了这种影响，模拟质子在一个全电环与几个四极场景。事实证明，四极杆的错位是一个关键的项目，以保持控制，我们提出了几种方法。这些措施包括调谐RF腔的频率，使用额外的校正四极杆和使用具有较弱聚焦强度的四极杆。
2017-09-05 hep-ex physics.acc-ph
Isochronicity Correction in the CR Storage Ring
核物理的一个挑战是测量奇异核的质量，直到核存在的极限，其特征在于低生产截面和短半衰期。FAIR的大接受收集环（CR）在等离子光学模式下调谐，为测量短寿命和非常奇特的核素提供了独特的可能性。然而，在为最大接受度设计的戒指中，许多因素限制了分辨率。一点是时间分辨率的极限，它与横向发射度成反比。但大部分时间像差可以被校正，而其他像差则会随着转动次数的增加而变小。我们显示的时间校正相应的横向聚焦的关系和大发射度的主要校正直接对应于光束的横向聚焦的色度校正。借助蒙特卡罗模拟的帮助下，我们完全接受演示如何纠正的革命时间，使在原则上的分辨率dm/m= 1 E-6可以实现。在这些计算中，考虑了磁体不均匀性和扩展边缘场的影响，并提出了一种适用于不同质荷比离子的校准方案。
2013-05-24 nucl-ex physics.acc-ph
A fast and light tool for partially-coherent beamline simulations in fourth generation storage rings based on coherent mode decomposition
提出了一种新的波荡器辐射相干模分解算法。它基于分离水平和垂直方向，通过处理一维波前来减少问题。这种近似的有效性条件进行了讨论。仿真需要较低的计算机资源，并在笔记本电脑中交互式运行。研究了第四代储存环（EBS-ESRF）中波荡器辐射的透镜聚焦问题。结果进行了比较，对多个光学包实施各种方法处理部分相干：全二维相干模式分解，蒙特卡罗结合波阵面从电子进入波荡器具有不同的初始条件，和混合射线跟踪校正几何光学与波动光学。
2022-04-12 physics.acc-ph physics.optics
Beam focus modifications by cropping partially coherent X-ray beams
我们模拟了第四代储存环中波荡器发射的部分相干X射线束的聚焦，进行相干模分解和波动光学传播。当入射狭缝剪切光束时，焦点位置发生移动，其尺寸也随之增大。这是通常的情况下，当一个狭缝是用来选择相干部分。配对的两个聚焦元件（反射镜，透镜或transfocator），以确保一个固定的焦点位置进行了分析。我们的结果表明，部分相干源的图像，如波荡器在低发射度储存环，是一个非平凡的功能的孔径用于控制的相干分数。
2022-11-30 physics.acc-ph physics.optics
Feasibility of a storage ring for polar molecules in strong-field-seeking states
我们表明，通过建模和仿真，这是可行的，以30 m/s（动能为2 K），将存储密集束的强场寻求极性分子的存储环，并保持他们，几分钟，对由于散焦，振荡和扩散的损失。该环直径为3米，具有直的部分，可以接触到储存的分子，以及可以适于蒸发冷却的晶格结构。模拟是使用新开发的代码，跟踪粒子，在时间上，通过400转，它占纵向速度变化的外部电场，聚焦和偏转非线性的函数，以及重力的影响。包括注入器、减速器和源，并计算强度。
2006-03-15 physics.acc-ph physics.atom-ph
Spin decoherence rate in a weak focusing all-electric ring
我以前推导出的自旋退相干率的表达式（在水平面内的轨道和自旋运动）在弱聚焦全电存储环与径向场（对数势，场指数$n=0$）。这里我将计算推广到任意字段索引$n\ge0$。我还解决了模型的相对论开普勒问题（场指数$n=1$），其中的轨道的解决方案是已知的分析，我验证，它证实了从微扰理论的解决方案。
2014-09-07 physics.acc-ph
Feasibility of a synchrotron storage ring for neutral polar molecules
通过计算和数学建模，我们证明了建立中性极性分子同步辐射储存环的可行性。网格是一个跑道型3.6米的周长组成的两个180度的弧，六个聚束器，和两个长直的部分。每个直线段包含两个三重聚焦透镜和用于光束注入和实验的空间。该设计还包括一个匹配的注射器和线性减速器。最多可装载60束，并同时储存在环中。分子以90 m/s注入，但循环束的速度在注入后可以减速到60 m/s。该模型使用氘代氨分子在弱场寻求状态。在400转（15秒）后仍然存在的光束，水平和垂直接受度分别为35 mm-mr和70 mm-mr，能量接受度为± 2%。
2002-12-10 physics.acc-ph physics.chem-ph
ETEAPOT: symplectic orbit/spin tracking code for all-electric storage rings
用于测量质子电偶极矩（EDM）的拟议方法使用存储在全电存储环“陷阱”中的强烈极化质子束。在232.792 MeV的“神奇”动能下，质子自旋被“冻结”，例如总是平行于瞬时粒子动量。本文介绍了一个加速器模拟程序ETEAPOT，一个新的组件的统一加速器库（UAL），用于长期跟踪的粒子轨道和自旋的电弯曲加速器，以模拟EDM储存环实验。虽然在性质上与磁环非常相似，但带电环中的非恒定粒子速度赋予它们显著不同的性质，特别是在弱聚焦环中。像早期的代码TEAPOT（磁环模拟），这个代码执行\emph{exact tracking in an idealized (approximate) lattice}，而不是更传统的方法，这是\emph{approximate tracking in a more nearly exact lattice.}的BMT方程描述的自旋矢量通过理想化的弯曲元素的演变也完全解决了-本文的原创。此外，理想化允许代码是完全辛的（没有人为的“辛化”）。任何残余的寄生阻尼或反阻尼都足够小，以允许长时间的可靠跟踪，例如在估计可实现的EDM精度时假设的1000秒。
2015-03-29 physics.acc-ph
Dependence of loss rate of electrons due to elastic gas scattering on the shape of the vacuum chamber in an electron storage ring
电子储存环中的电子束寿命还受到储存电子的损失率的限制，所述损失率是由于电子与残余气体原子的核的弹性库仑散射。由于这种弹性散射对射束寿命的贡献取决于由真空室的形状决定的形状因子。本文用电子在聚焦四极子和离焦四极子位置的变换来确定真空室的组成部分，导出了矩形和椭圆形真空室的形状因子与储存环纵向位置的解析表达式，其中电子的损失发生在四极的位置。文献中可用的表达式是平均形状因子。本文导出的矩形真空室形状因子的表达式与文献中引用的平均形状因子的表达式相似，而得到的椭圆形真空室形状因子的新表达式与文献中引用的平均形状因子的表达式不相似。在每个散射位置在环中的形状因子的比较研究，从推导出的表达式和现有的表达式报告使用Indus-2晶格参数的矩形和椭圆形的腔室。这两种形状的平均形状因子的比较，使用派生以及现有的表达式也报道。这些研究表明，矩形和椭圆形真空室对电子与剩余气体分子核之间的弹性库仑散射所引起的束流寿命的影响是基本相同的。
2014-09-10 physics.acc-ph
Introduction to Transverse Beam Dynamics
在这一章中，我们将介绍同步加速器或储存环中粒子的横向动力学。重点是更多的定性理解，而不是在数学上的正确性，和一些模拟被用来证明粒子的物理行为。从设计储存环几何的基本原则出发，讨论了储存环中粒子的横向运动，推导了运动方程，并给出了典型储存环单元的解。按照通常的治疗在文献中，我们提出了第二种方式来描述粒子束，使用的概念的粒子系综和β函数，它反映了整体的聚焦性能的环的发射度。绝热收缩由于刘维尔定理进行了讨论，以及在最简单的情况下的色散效应。
2014-04-03 physics.acc-ph
Effect of the superconducting wiggler on the DELSY beam dynamics
DELSY项目正在俄罗斯杜布纳JINR开发。该同步辐射光源主要用于凝聚态物理、原子物理学、生物学、医学、化学、微观力学、光刻等领域的研究。储存环DELSY是一个电子储存环，具有1.2 GeV的束流能量和4个直段，以容纳加速器设备和插入装置。其中一个直线段用于10 T超导摇摆器（波长移位器），另一个用于具有150个周期和0.75 T磁场的波荡器。扭摆器会影响束流动力学的许多方面：线性运动，动态孔径，发射度，阻尼时间等的问题是相当严重的DELSY机，因为电子束的能量小，而扭摆器的磁场是强的。在本文中，我们考虑了两种模型的摇摆器的磁场与无聚焦所造成的六极场的摇摆器，因为我们需要开发的要求，摇摆器的设计。研究了10 T扭摆器对DELSY储存环中束流动力学的影响，提出了一种可能的解决方案，并介绍了插入装置的联合工作。
2003-07-03 physics.acc-ph
Electron Cooling with Space-Charge Dominated Proton Beams at Iota
我们描述了一个新的电子冷却器正在开发的2.5兆电子伏的质子在集成光学测试加速器（IOTA），这是一个高度可重新配置的存储环在费米实验室。该系统将使磁化电子冷却的研究在强烈的空间电荷与横向调谐位移接近-0.5，以及高度非线性聚焦光学IOTA环的存在。我们提出了一个概述的设计，模拟和硬件用于这个项目。
2022-01-25 physics.acc-ph
First simultaneous measurement of sextupolar and octupolar resonance driving terms in a circular accelerator from turn-by-turn beam position monitors data
储存环和对撞机中的束流寿命受到晶格非线性等因素的影响。它们的控制对加速器的动态孔径非常有益，其扩大通常导致更有效的注入和更长的寿命。本文介绍了一个程序来评估和纠正不必要的非线性，通过使用轮流光束位置监测数据，这是以前的工作的共振驱动项（RDTs）的演变。有效的六极磁误差和倾斜在ESRF电子储存环的评估和纠正（如果可能的话），通过使用这种技术。这是第一次，八极RDTs也可以被测量，并用于定义一个八极模型的主要四极。在ESRF储存环的六极RDT中观察到的与模型的大部分偏差被证明是由聚焦误差而不是六极误差产生的。这些结果可以实现由于新的分析公式描述的非线性感应加速器运动的谐波含量的第二阶。RDT也首次用于单个六极磁体的基于束流的校准。它们也被证明是预测故障磁体和验证磁性模型的强大工具。该技术还为数据分析可靠性的自我评估提供了一个品质因数。
2018-04-17 physics.acc-ph
Reduction of coherent betatron oscillations in a muon g-2 storage ring experiment using RF fields
这项工作表明，两个系统误差，相干电子感应加速器振荡（CBO）和μ子损失可以通过应用射频（RF）电场，这最终增加了灵敏度的μ子$g-2$实验减少。当极化μ子的集合体围绕弱聚焦储存环时，它们的自旋进动，当它们通过弱相互作用$μ^+ \rightarrow e^+ ν_e \bar{ν_μ}$衰变时，衰变的正电子被电磁量热计检测到。除了正电子时间谱中预期的指数衰减之外，弱衰减不对称性还导致在自旋和回旋频率之间的差频$ω_\text{a}$处的选定能量范围内的正电子数量的调制。该频率与磁异常$a_μ=(g-2)/2$成正比，其中$g$是μ子的g因子，略大于2。探测器的接受度取决于μ子衰变的径向位置，因此注入储存环后的μ子束团的CBO以频率$ω_\text{CBO}$调制测量的μ子信号。此外，光束边缘的μ介子在衰变前会撞击真空室的壁，这也会影响信号。因此，CBO和不需要的μ子损失的减少增加了$a_μ$测量灵敏度。与RF电场的数值和实验研究产生的CBO的幅度减少以上，μ子的损失与传统的方法。
2020-02-26 hep-ex physics.acc-ph physics.ins-det
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
The Cryogenic Storage Ring CSR
设计、建造了一个静电低温储存环CSR，用于储存单位电荷动能达300 keV的阴离子和阳离子束流。周长为35米的离子束真空室和所有束流光学都在低温恒温器中，并由封闭循环液氦系统冷却。在环内温度低至（5.5 $\pm$ 1）K时，原子和分子、阴离子和阳离子束在60 keV的能量下的存储时间常数为几分钟到几乎一个小时。通过一个电容拾取系统研究了离子束强度、能量依赖的闭合轨道位移（色散）和机器的聚焦特性。存储的离子的肖特基噪声谱显示在1000 s的时间尺度上的动量分布的加宽。存储的阴离子的光剥离中使用的束寿命测量。通过阴离子与残余气体分子的碰撞的脱离率被发现是非常低的。导出了低于140 cm $^{-3}$的残余气体密度，相当于低于10 $^{-14}$ mbar的室温压力。在低温环境中长时间储存的快速原子、分子和团簇离子束将使人们能够利用合并和交叉的光子和粒子束，对已知内部量子态中离子的碰撞和辐射诱导碎裂过程进行实验。
2016-06-05 physics.acc-ph physics.atm-clus physics.atom-ph
