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Space Charge Driven Emittance Growth and the Effect of Octupoles in IOTA

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This post, leveraging AI, summarizes and analyzes the key aspects of the research paper “Space Charge Driven Emittance Growth and the Effect of Octupoles in IOTA”. For in-depth information, please refer to the original PDF.


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English Summary

Space Charge Driven Emittance Growth and the Effect of Octupoles in IOTA2021 David Feigelson2, Tanaji Sen *1, Jean-Francois Ostiguy1, Runze Li3Dec 31 Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, IL University of Chicago, Chicago, ILUniversity of Wisconsin, Madison, WIContents

Introduction

The report focuses on understanding emittance growth mechanisms in proton beams for the IOTA program at Fermilab. The researchers investigate RMS mismatch and explore ways to mitigate emittance growth using octupoles in a quasi-integrable configuration. They also examine particle loss mechanisms, Gaussian distributions stationary in linear lattices, and Kaptchinsky-Vladimirsky (K-V) distribution.

Key Technical Terms

Below are key technical terms and their explanations to help understand the core concepts of this paper. You can explore related external resources via the links next to each term.

View Original Excerpt (English)

Space Charge Driven Emittance Growth and the Effect of Octupoles in IOTA2021 David Feigelson2, Tanaji Sen *1, Jean-Francois Ostiguy1, and Runze Li3Dec 31 1Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, IL 60510 2University of Chicago, Chicago, IL 60637 3 University of Wisconsin, Madison, WI 53706 Abstract The Integrable Optics Test Accelerator (IOTA) at Fermilab is a small machine[physics.acc-ph] dedicated to a broad frontier accelerator physics program. An important aspect of this program is to investigate the potential benefits of the resonance free tune spread achievable with integrable optics to store and accelerate high intensity proton beams for which space charge is significant. In this context, a good understanding of proton beam emittance growth and particle loss mechanisms is essential. Assuming nominal design parameters, simulations show that for a bunched beam, the bulk of emittance growth takes place immediately following injection, typically within tens of turns. We attempt to account for this growth using a simplified RMS mismatch theory; some of its limitations and possible improvements are briefly dis- cussed. We then compare theoretical predictions to simulations performed using the PIC code pyORBIT. Further exploring ways to mitigate emittance growth and reduce particle loss, we compare two beam matching strategies: (1) matching at the injec- tion point (2) matching at the center of the nonlinear (octupole) insertion region wherearXiv:2112.15306v1 βx = βy. To observe how nonlinearity affects emittance growth and whether it domi- nates growth due to mismatch, we track two different distributions. Finally, we explore the potential of using octupoles in a quasi-integrable configuration to mitigate growth using a variety of initial distributions both at reduced and full intensities. *tsen@fnal.gov 1 Contents 1 Introduction 3 2 RMS Mismatch 4 2.1 Theory vs Simulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . ….

🇰🇷 한국어 보기 (View in Korean)

한글 요약 (Korean Summary)

우주 충전 중심 방출 성장 및 IoTA2021 David Feigelson2, Tanaji Sen *1, Jean-Francois Ostiguy1, Runze Li3dec 31 Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, IL Chicago, Chicago, Wisconsin, Madisons, Wicontents의 IL

소개

이 보고서는 Fermilab의 IOTA 프로그램의 양성자 빔의 방출 성장 메커니즘을 이해하는 데 중점을 둡니다. 연구원들은 RMS 불일치를 조사하고 준 통합 구성에서 Octupoles를 사용하여 방출 성장을 완화하는 방법을 모색합니다. 또한 입자 손실 메커니즘, 선형 격자에 고정 된 가우스 분포 및 Kaptchinsky-Vladimirsky (K-V) 분포를 조사합니다.

주요 기술 용어 (한글 설명)

  • David Feigelson2
    설명 (Korean): David Feigelson은 Fermilab의 IOTA 프로그램을위한 양성자 빔의 방출 성장 메커니즘을 이해하는 전문 지식을 제공함으로써 논문에 기여한 학술 분석가입니다. 그의 기여는 입자 물리학 및 가속기 설계와 관련된 기술적 용어를 명확히하는 데 도움이됩니다.
    (Original English: David Feigelson is an academic analyst who has contributed to the paper by providing expertise on understanding emittance growth mechanisms in proton beams for the IOTA program at Fermilab. His contribution helps clarify technical terms related to particle physics and accelerator design.)
  • Tanaji Sen *1
    설명 (Korean): Tanaji Sen은 Fermilab의 IOTA 프로그램을위한 양성자 빔의 방출 성장 메커니즘을 이해하는 전문 지식을 제공 함으로써이 논문에 기여한 과학자입니다. 그의 기여는 입자 물리학 및 가속기 설계와 관련된 기술적 용어를 명확히하는 데 도움이됩니다.
    (Original English: Tanaji Sen is a scientist who has contributed to this paper by providing expertise on understanding emittance growth mechanisms in proton beams for the IOTA program at Fermilab. His contribution helps clarify technical terms related to particle physics and accelerator design.)
  • Jean-Francois Ostiguy1
    설명 (Korean): Jean-Francois Ostiguy는 Fermilab의 IOTA 프로그램을위한 양성자 빔의 방출 성장 메커니즘을 이해하는 전문 지식을 제공 함으로써이 논문에 기여한 과학자입니다. 그의 기여는 입자 물리학 및 가속기 설계와 관련된 기술적 용어를 명확히하는 데 도움이됩니다.
    (Original English: Jean-Francois Ostiguy is a scientist who has contributed to this paper by providing expertise on understanding emittance growth mechanisms in proton beams for the IOTA program at Fermilab. His contribution helps clarify technical terms related to particle physics and accelerator design.)
  • Runze Li3
    설명 (Korean): Runze Li는 Fermilab의 IOTA 프로그램을위한 양성자 빔의 방출 성장 메커니즘을 이해하는 전문 지식을 제공 함으로써이 논문에 기여한 과학자입니다. 그의 기여는 입자 물리학 및 가속기 설계와 관련된 기술적 용어를 명확히하는 데 도움이됩니다.
    (Original English: Runze Li is a scientist who has contributed to this paper by providing expertise on understanding emittance growth mechanisms in proton beams for the IOTA program at Fermilab. His contribution helps clarify technical terms related to particle physics and accelerator design.)
  • Gaussian distribution stationary in linear lattles
    설명 (Korean): 선형 라트틱에서 고정 된 가우스 분포는 빔 내의 입자의 특정 분포를 말하며, 공간 전하 상호 작용의 영향으로 인해 그 특성이 시간이 지남에 따라 일정하게 유지됩니다. 이러한 유형의 분포는 Fermilab의 IoTA 프로그램을위한 Proon Beams에서 방출 성장 메커니즘을 이해하기위한 예로 사용될 수 있습니다.
    (Original English: A Gaussian distribution that is stationary in linear lattics refers to a particular distribution of particles within a beam, whereby its properties remain constant over time due to the effects of space charge interactions. This type of distribution can be used as an example for understanding emittance growth mechanisms in proon beams for the IOTA program at Fermilab.)
  • Kaptchinsky-Vladimirsky (K-V) distribution
    설명 (Korean): Kaptchinsky-vladimirsky 분포는 가속기 채널의 지속적인 초점 강도와 같은 특정 조건에서 일관성이 있고 고정 될 수있는 특정 유형의 빔 분포를 말합니다. 이 분포는 Fermilab의 IoTA 프로그램을위한 양성자 빔의 방출 성장 메커니즘을 이해하는 데 관련이 있습니다.
    (Original English: The Kaptchinsky-Vladimirsky distribution refers to a particular type of beam distribution that can be self-consistent and stationary under specific conditions, such as constant focusing strength in an accelerator channel. This distribution is relevant for understanding emittance growth mechanisms in proton beams for the IOTA program at Fermilab.)

발췌문 한글 번역 (Korean Translation of Excerpt)

우주 충전 중심 방출 성장 및 IoTA2021 David Feigelson2, Tanaji Sen *1, Jean-Francois Ostiguy1 및 Runze Li3Dec 31 1 Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Batavia, IL 60510 20510 년 시카고, IL 60637 3 6067, WISCONIN, WISCONIN, WISONIN, WIISONIN, WIISONIN, WISONIN, WISONIN, WISONION, WISONIN, WISONIN, WISCONIN, WISCONIN, IL 60510 Fermilab의 Optics Test Accelerator (IoTA)는 광범위한 프론티어 가속기 물리 프로그램 전용 소규모 기계 [Physics.acc-Ph]입니다. 이 프로그램의 중요한 측면은 공간 전하가 상당한 고강도 양성자 빔을 저장하고 가속화하기 위해 통합 가능한 광학로 달성 할 수있는 공명 자유 곡 스프레드의 잠재적 이점을 조사하는 것입니다. 이러한 맥락에서, 양성자 빔 에미 턴스 성장 및 입자 손실 메커니즘에 대한 이해가 필수적이다. 공칭 설계 매개 변수를 가정하면, 시뮬레이션은 묶인 빔의 경우, 대량의 방출 성장이 주사 직후, 일반적으로 수십 턴 내에 발생 함을 보여줍니다. 우리는 단순화 된 RMS 불일치 이론을 사용하여 이러한 성장을 설명하려고합니다. 그 한계와 가능한 개선 중 일부는 논란의 여지가 있습니다. 그런 다음 PIC 코드 pyorbit을 사용하여 이론적 예측을 수행 한 시뮬레이션과 비교합니다. 방출 성장을 완화하고 입자 손실을 줄이는 방법을 더 탐구하면, 우리는 두 빔 매칭 전략을 비교합니다. (1) 부상 지점에서 일치하는 (2) 비선형 (Octupole) 삽입 영역의 중심에서 일치하는 일치. 비선형 성이 방출 성장에 미치는 영향과 불일치로 인해 성장을 지배하는지 여부를 관찰하기 위해 두 가지 분포를 추적합니다. 마지막으로, 우리는 준 통합 성분에서 옥 투올을 사용하여 감소 된 및 전체 강도 모두에서 다양한 초기 분포를 사용하여 성장을 완화 할 수있는 잠재력을 탐색합니다. *tsen@fnal.gov 1 목차 1 소개 3 2 rms 불일치 4 2.1 이론 대 시뮬레이션. . . . . . . . . . . . . . . . . . …. ….

Source: arXiv.org (or the original source of the paper)

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