The idea of a fixed field alternati

The idea of a fixed field alternating gradient (FFAG) accelerator is not new. It was invented in the
1950s right after the alternating gradient (AG) synchrotron came out [1, 2]. Instead of using pulsed
magnets as in a synchrotron, FFAG accelerators use constant field magnets like cyclotrons. Unlike
cyclotrons, however, FFAGs rely on AG focusing so that the beam size can be much smaller. In the
literature [1], there are accelerators described as FFAG betatrons, FFAG cyclotrons and FFAG
synchrotrons. This is a little confusing and in these cases, FFAG refers merely to the focusing scheme
based on so-called cardinal conditions, which we discuss later. Here we use the terms “FFAG
accelerator” or “FFAG” to mean accelerators using the FFAG focusing scheme.
Although there was very active work at the Midwestern Universities Research Association
(MURA) from the early 1950s to the late 1960s, the activity stopped when particle physics chose AG
synchrotrons for its future tool. The idea of the FFAG was sound, but unfortunately it was not the best
accelerator for energy frontier research. An AG synchrotron used more compact magnets and it was
easier to obtain high output energy. Nevertheless, the research at MURA associated with the FFAG
developments introduced a mathematical formalism and many concepts that became common later in
accelerator physics. These include beam stacking, Hamiltonian theory of longitudinal motion,
colliding beams, effects of non-linear forces, modelling collective instabilities, use of digital
computers in design of orbits, proof of chaotic motion and synchrotron radiation rings. There are two
especially informative publications [3, 4] for those interested in a historical view of FFAG
developments. The former is free to download.
A new era of FFAG development started in the late 1990s in Japan (there were in fact some
activities of FFAG design in 1980s and 1990s in the USA and in Europe; see, for example,
Refs. [5, 6]), first in connection with muon acceleration in a neutrino factory [7, 8] and later for wider
applications, especially for high-power beam production. The use of fixed field magnets enables very
fast acceleration of a beam and is limited only by the available radio-frequency (RF) voltage because
there is no restrictive magnet ramping cycle slower than the modulation of the RF frequency. As an
extreme example, acceleration of a muon beam, whose lifetime in its rest frame is 2.2 µs, becomes
possible although the required RF power would be huge. Such fast acceleration also means that beam
acceleration can be repeated more often, for example in a pulsed source. Since beam power is a
product of energy, the number of particles per pulse and the repetition rate, it is possible to produce
high-power beam via the higher repetition possible in a FFAG accelerator.
A small-scale model of a proton FFAG was first commissioned in 1999 [9] and a prototype of a
proton therapy accelerator of 150 MeV energy delivered a beam a few years later. Another FFAG
accelerator with similar specifications was constructed as a proton driver test facility linked to the
Japanese Accelerator Driven Subcritical Reactor (ADSR) programme [10]. One of the breakthroughs
that made construction of all of these accelerators possible was the success of a novel RF cavity with
magnetic alloy material instead of conventional ferrite to modulate the RF frequency. High shunt
impedance with very low Q factor is an ideal property for an RF cavity for a FFAG. Activities in
Japan revived the potential of the FFAG principle not only as a tool for particle physics but for a
variety of applications using state-of-the-art technology.
There was another initiative in FFAG accelerator development outside Japan, which tried to
reduce the size of the lattice magnets, specifically for muon acceleration [11]. This line of enquiry led
to a new concept being proposed in the late 1990s. Since this FFAG did not follow the so-called
scaling law principle of a conventional FFAG, it became named a non-scaling FFAG. An accelerator
based on this non-scaling concept was recently built and successfully commissioned in the UK [12].
In the following sections, we briefly explain the principles and design procedure of the different
types of FFAG accelerators.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ความคิดของเขตถาวรสลับลัด (FFAG) ที่ไล่โทนสีใหม่ไม่ได้ มันถูกคิดค้นในการช่วงทศวรรษ 1950 ขวาหลังจาก synchrotron (AG) ไล่ระดับสลับออกมา [1, 2] แทนการใช้สูงแม่เหล็กในการ synchrotron, FFAG ช่วยใช้ฟิลด์แม่เหล็กที่คงที่เช่น cyclotrons ซึ่งแตกต่างจากcyclotrons อย่างไรก็ตาม FFAGs พึ่ง AG เน้นที่ขนาดลำแสงสามารถขนาดเล็ก ใน[1], วรรณคดีมีช่วยอธิบาย FFAG betatrons, FFAG cyclotrons และ FFAGsynchrotrons นี้เป็นความสับสนเล็กน้อย และในกรณีเหล่านี้ FFAG ถึงเพียงแผนงานมุ่งพัฒนาตามเรียกว่าเชิงเงื่อนไข ซึ่งเรากล่าวถึงในภายหลัง ที่นี่เราใช้เงื่อนไข "FFAGเร่ง"หรือ"FFAG"การเร่งโดยใช้ FFAG ที่เน้นโครงร่างแม้จะใช้งานมากทำงานที่สมาคมวิจัยมหาวิทยาลัย Midwestern(MURA) จากช่วงต้นทศวรรษ 1950 ถึง 1960 ปลาย กิจกรรมหยุดเมื่ออนุภาคฟิสิกส์เลือก AGsynchrotrons สำหรับเป็นเครื่องมือในอนาคต ความคิดของ FFAG มีเสียง แต่น่าเสียดายไม่ดีสุดเร่งวิจัยพลังงานชายแดน การ synchrotron AG ใช้แม่เหล็กกระชับ และก็ง่ายต่อการรับพลังงานส่งออกสูง อย่างไรก็ตาม การวิจัยที่มูที่เกี่ยวข้องกับการ FFAGพัฒนานำ formalism คณิตศาสตร์และแนวคิดต่าง ๆ ที่เป็นการทั่วไปภายในส่วนฟิสิกส์ ได้แก่แสงซ้อน Hamiltonian ทฤษฎีของการเคลื่อนไหวระยะยาวชนคาน ลักษณะพิเศษของกองกำลังไม่ใช่เชิงเส้น แบบจำลอง instabilities รวม ใช้ดิจิตอลคอมพิวเตอร์ในการออกแบบของวงโคจร หลักฐานของการเคลื่อนไหวและรังสี synchrotron แหวนวุ่นวาย มีสองโดยเฉพาะอย่างยิ่งข้อมูลสิ่งพิมพ์ [3, 4] สำหรับผู้ที่สนใจในมุมมองทางประวัติศาสตร์ของ FFAGพัฒนา เดิมได้ฟรีดาวน์โหลดยุคใหม่ของการพัฒนา FFAG ที่เริ่มต้นในปลายทศวรรษที่ 1990 ในญี่ปุ่น (มีในความเป็นจริงบางกิจกรรมของ FFAG ออกแบบในทศวรรษที่ 1980 และทศวรรษที่ 1990 ในสหรัฐอเมริกา และ ใน ยุโรป ดู เช่นRefs [5, 6]), แรกกับ muon เร่งโรงงานนิวตริโน [7, 8] และในภายหลังสำหรับความกว้างใบสมัคร โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับผลิตลำแสงกำลังแรงสูง ใช้แม่เหล็กถาวรฟิลด์ช่วยให้มากเร็วเร่งความเร็วของแสง และถูกจำกัด ด้วยแรงดันว่างคลื่นความถี่วิทยุ (RF) เท่านั้นเนื่องจากไม่มีแม่เหล็กที่เข้มงวด ramping รอบช้ากว่าเอ็มความถี่ RF ได้ เป็นการอย่างมาก เร่งความเร็วของแสง muon มีอายุการใช้งานในกรอบเหลือเป็น 2.2 µs กลายเป็นได้แม้ว่าพลังงาน RF จำเป็นที่จะเป็นใหญ่ได้ เร่งด่วนดังกล่าวยังหมายถึง การที่แสงเร่งความเร็วสามารถทำซ้ำบ่อย ตัวอย่างในแหล่งพัล เนื่องจากลำแสงพลังงานผลิตภัณฑ์ของพลังงาน จำนวนอนุภาคต่อชีพจรและอัตราการซ้ำ เป็นไปได้ในการผลิตคานกำลังแรงสูงผ่านซ้ำสูงสุดในส่วน FFAGครั้งแรกได้มอบหมายอำนาจหน้าที่แบบที่ระบุของโปรตอน FFAG ในปี 1999 [9] และเป็นต้นแบบของการเร่งบำบัดโปรตอน 150 MeV พลังงานส่งกี่ปีแสง FFAG อื่นส่วนช่วยดำเนินการกับข้อมูลจำเพาะที่คล้ายกันถูกสร้างขึ้นเป็นสถานที่ทดสอบโปรตอนของโปรแกรมควบคุมที่เชื่อมโยงกับการ หลักสูตรภาษาญี่ปุ่นเร่งขับเคลื่อน Subcritical เครื่องปฏิกรณ์ (ADSR) [10] หนึ่งในนวัตกรรมใหม่ที่ได้ก่อสร้างทั้งหมดของส่วนช่วยดำเนินการเหล่านี้เป็นความสำเร็จของช่อง RF เป็นนวนิยายกับวัสดุโลหะผสมแม่เหล็กแทน ferrite ธรรมดาการ modulate ความถี่ RF ทางเชื่อมโพรงสูงความต้านทาน ด้วยปัจจัย Q ต่ำมากเป็นลักษณะเหมาะสำหรับการช่อง RF สำหรับการ FFAG กิจกรรมในญี่ปุ่นฟื้นฟูศักยภาพของหลัก FFAG ไม่เพียงแต่เป็นเครื่องมือ สำหรับฟิสิกส์พลังงานสูง แต่สำหรับการความหลากหลายของการใช้เทคโนโลยีทันสมัยมีการริเริ่มอื่น FFAG เร่งพัฒนานอกญี่ปุ่น ที่พยายามลดขนาดของแม่เหล็กโครงตาข่ายประกอบ สำหรับเร่ง muon [11] คำถามที่นำสายนี้กับแนวคิดใหม่ถูกนำเสนอในปลายทศวรรษที่ 1990 เนื่องจาก FFAG นี้ได้ทำตามเรียกว่ามาตราส่วนหลักการกฎหมายของ FFAG ทั่วไป มันกลายเป็นชื่อ FFAG ที่มีมาตราส่วน ส่วนช่วยดำเนินการตามนี้ไม่ใช่ปรับแนวคิดเร็ว ๆ และมอบหมายอำนาจหน้าที่ในสหราชอาณาจักร [12] เรียบร้อยในส่วนต่อไปนี้ เราสั้น ๆ อธิบายหลักการ และขั้นตอนต่าง ๆ การออกแบบประเภทของส่วนช่วยดำเนินการ FFAG

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

ความคิดของสนามลาดสลับคงที่ (FFAG) เร่งไม่ใหม่ มันถูกคิดค้นในปี 1950 หลังจากการไล่ระดับสีสลับ (AG) ซินโครออกมา [1, 2]
แทนการใช้ชีพจรแม่เหล็กในขณะที่ซินโครการเร่ง FFAG ใช้สนามแม่เหล็กคงเหมือน cyclotrons
ซึ่งแตกต่างจาก
cyclotrons แต่ FFAGs พึ่งพาเอจีมุ่งเน้นเพื่อให้ขนาดลำแสงที่สามารถจะมีขนาดเล็กมาก ในวรรณคดี [1] มีเร่งอธิบายว่า betatrons FFAG, cyclotrons FFAG และ FFAG synchrotrons นี่คือความสับสนเล็ก ๆ น้อย ๆ และในกรณีเหล่านี้ FFAG หมายเพียงเพื่อมุ่งเน้นโครงการที่อยู่บนพื้นฐานของสิ่งที่เรียกว่าเงื่อนไขที่พระคาร์ดินัลซึ่งเราจะหารือในภายหลัง ที่นี่เราใช้คำว่า "FFAG เร่ง" หรือ "FFAG" หมายถึงการเร่งใช้ FFAG มุ่งเน้นโครงการ. แม้จะมีการทำงานที่ใช้งานมากในมิดเวสต์ของมหาวิทยาลัยวิจัยสมาคม(MURA) จากปี 1950 ในช่วงต้นถึงปลายทศวรรษที่ 1960, กิจกรรมหยุดเมื่อ ฟิสิกส์ของอนุภาคเลือกเอจีsynchrotrons เครื่องมือในอนาคต ความคิดของ FFAG คือเสียง แต่โชคร้ายที่มันไม่ได้ดีที่สุดคันเร่งสำหรับการวิจัยชายแดนพลังงาน ซินโครเอจีใช้แม่เหล็กขนาดกะทัดรัดมากขึ้นและมันก็เป็นเรื่องง่ายที่จะได้รับพลังงานผลผลิตสูง อย่างไรก็ตามการวิจัยที่ MURA ที่เกี่ยวข้องกับ FFAG พัฒนาเปิดตัวแบบทางคณิตศาสตร์และแนวความคิดหลายอย่างที่กลายเป็นเรื่องธรรมดาในภายหลังในฟิสิกส์คันเร่ง เหล่านี้รวมถึงซ้อนคานทฤษฎีของการเคลื่อนไหวมิลยาวคานชน, ผลกระทบของกองกำลังที่ไม่ใช่เชิงเส้น, การสร้างแบบจำลองความไม่เสถียรรวมการใช้งานของดิจิตอลคอมพิวเตอร์ในการออกแบบของวงโคจรหลักฐานของการเคลื่อนไหววุ่นวายและซินโครแหวนรังสี มีสองสิ่งพิมพ์โดยเฉพาะอย่างยิ่งข้อมูล [3, 4] สำหรับผู้ที่สนใจในมุมมองทางประวัติศาสตร์ของ FFAG การพัฒนา อดีตเป็นอิสระที่จะดาวน์โหลด. ยุคใหม่ของการพัฒนา FFAG เริ่มต้นในปลายปี 1990 ในประเทศญี่ปุ่น (ที่มีอยู่ในความเป็นจริงบางกิจกรรมของการออกแบบFFAG ในช่วงปี 1980 และ 1990 ในประเทศสหรัฐอเมริกาและในยุโรปดูตัวอย่างเช่น. Refs [5 6]) เป็นครั้งแรกในการเชื่อมต่อกับการเร่ง muon ในโรงงานของนิวตริโน [7, 8] และต่อมาในวงกว้างการใช้งานโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตลำแสงพลังงานสูง การใช้สนามแม่เหล็กคงที่ช่วยให้มากเร่งได้อย่างรวดเร็วของคานและถูก จำกัด ด้วยวิทยุความถี่ที่มีอยู่ (RF) แรงดันเพราะไม่มีข้อจำกัด การกระโจนแม่เหล็กรอบช้ากว่าการปรับความถี่ RF ที่ ในฐานะที่เป็นตัวอย่างมาก, การเร่งความเร็วของลำแสง muon ซึ่งอายุการใช้งานที่เหลืออยู่ในกรอบของมันคือ 2.2 ไมโครวินาทีกลายเป็นไปได้แม้จะมีการใช้พลังงานRF ที่ต้องการที่จะเป็นใหญ่ อัตราเร่งที่รวดเร็วดังกล่าวยังหมายความว่าคานเร่งสามารถทำซ้ำได้บ่อยขึ้นเช่นในแหล่งที่มาของชีพจร เนื่องจากพลังงานแสงเป็นผลิตภัณฑ์พลังงานจำนวนของอนุภาคต่อการเต้นของชีพจรและอัตราการทำซ้ำที่จะเป็นไปได้ในการผลิตไฟสูงไฟผ่านการทำซ้ำที่สูงขึ้นไปได้ในการเร่งFFAG. แบบจำลองขนาดเล็กของ FFAG โปรตอนเป็นครั้งแรก รับหน้าที่ในปี 1999 [9] และเป็นต้นแบบของที่เร่งโปรตอนบำบัดของพลังงาน150 MeV ส่งลำแสงไม่กี่ปีต่อมา อีก FFAG เร่งที่มีคุณสมบัติใกล้เคียงกันสร้างเป็นคนขับรถโปรตอนสิ่งอำนวยความสะดวกการทดสอบการเชื่อมโยงกับตัวเร่งญี่ปุ่นขับเคลื่อนปฏิกรณ์ Subcritical (ADSR) โปรแกรม [10] หนึ่งในนวัตกรรมที่ทำให้การก่อสร้างทั้งหมดของเครื่องเร่งอนุภาคเหล่านี้เป็นไปได้ก็คือความสำเร็จของช่อง RF นวนิยายด้วยวัสดุโลหะผสมแม่เหล็กแทนเฟอร์ไรต์เดิมในการปรับความถี่RF มี ปัดสูงต้านทานปัจจัยที่มีคิวที่ต่ำมากเป็นสถานที่ที่เหมาะสำหรับช่อง RF สำหรับ FFAG กิจกรรมในญี่ปุ่นฟื้นขึ้นมามีศักยภาพของหลักการ FFAG ที่ไม่เพียง แต่เป็นเครื่องมือสำหรับฟิสิกส์ของอนุภาค แต่สำหรับความหลากหลายของการใช้งานโดยใช้เทคโนโลยีรัฐของศิลปะ. มีความคิดริเริ่มอื่นในการพัฒนาตัวเร่ง FFAG อยู่นอกประเทศญี่ปุ่นซึ่งพยายามที่จะลดขนาดของแม่เหล็กตาข่ายโดยเฉพาะสำหรับการเร่งความเร็ว muon [11] บรรทัดนี้สอบถามรายละเอียดเพิ่มเติมที่นำไปสู่แนวความคิดใหม่ที่จะถูกนำเสนอในปลายปี 1990 ตั้งแต่ FFAG นี้ไม่ได้ทำตามสิ่งที่เรียกว่าการปรับหลักการกฎหมายของFFAG ธรรมดามันก็กลายเป็นชื่อที่ไม่ได้ปรับ FFAG ตัวเร่งขึ้นอยู่กับแนวคิดที่ไม่ได้ปรับถูกสร้างขึ้นเมื่อเร็ว ๆ นี้และนายประสบความสำเร็จในสหราชอาณาจักร [12]. ในส่วนต่อไปนี้เราจะอธิบายสั้น ๆ หลักการและกระบวนการออกแบบที่แตกต่างกันประเภทเร่งFFAG

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

ความคิดของการแก้ไขฟิลด์สลับลาด ( FAG ) คันเร่งเป็นไม่ใหม่ มันถูกคิดค้นในยุคหลังจากสลับลาด
( AG ) ซินโครตรอนออกมา [ 1 , 2 ] แทนที่จะใช้พัล
แม่เหล็กในซินโครตรอน , FAG เครื่องใช้แม่เหล็กสนามคงที่เหมือนล่ำสัน . ซึ่งแตกต่างจาก
ล่ำสัน แต่ ffags พึ่งพาโดยเน้นเพื่อให้คานขนาดสามารถมีขนาดเล็กมาก . ใน
วรรณกรรม [ 1 ] มีเร่งอธิบาย FAG betatrons , FAG และล่ำสัน FAG
synchrotrons . นี่ มันสับสน และในกรณีนี้ หมายถึง การเน้นโครงการ FAG

ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขสำคัญที่เรียกว่า ซึ่งเราจะกล่าวถึงในภายหลัง ที่นี่เราใช้เงื่อนไข " FAG
คันเร่ง " หรือ " FAG " หมายถึงเครื่องใช้ FAG เน้นโครงร่าง
แม้จะมีงานมาก ทำงานที่ชาวตะวันตกมหาวิทยาลัยสมาคมวิจัย
( มูระ ) จากช่วงต้นทศวรรษ 1950 ถึงปลายทศวรรษ 1960 , กิจกรรมหยุดเมื่อฟิสิกส์ของอนุภาคเลือก synchrotrons AG
สำหรับเครื่องมือต่อไปในอนาคต ความคิดของ FAG คือเสียง แต่มันไม่ได้เร่งดีที่สุด
วิจัยชายแดนพลังงาน เป็นห้องสมุดโดยใช้แม่เหล็กขนาดกะทัดรัดมากขึ้นและมันเป็น
ง่ายต่อการได้รับพลังงานประสิทธิภาพสูง อย่างไรก็ตาม งานวิจัยที่มูระที่เกี่ยวข้องกับ FAG
การพัฒนาเปิดตัวแบบทางคณิตศาสตร์และหลายแนวคิดที่เป็นสามัญในภายหลัง
ฟิสิกส์คันเร่ง เหล่านี้รวมถึงแสงซ้อน ทฤษฎี แอมพลิจูดของเคลื่อนไหวตามยาว
ปะทะกัน ผลของความไม่เป็นเชิงเส้นแบบรวมกำลัง ความไม่แน่นอน การใช้ดิจิตอล