CONTENTS
Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i x
Committees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xi
Group Photo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiii
PLENARY SESSION
Mechanisms of Halo F o r m a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
A. V. Fedotov
Halo Diagnostics O v e r v i e w . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
T. Shea and P. Cameron
Beam Collimation at Hadron Colliders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
N. V. Mokhov
Halo Formation due to Beam-Beam I n t e r a c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
F. Zimmermann
Dynamic Aperture for Single-Particle Motion: Overview of Theoretical Background,
Numerical Predictions and Experimental R e s u l t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
M. Giovannozzi
Space Charge Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
C. R. Prior
Beam Cleaning in High Power Proton A c c e l e r a t o r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
J. Wei
WORKING GROUP I: HALO DYNAMICS
Summary of the Beam Dynamics Working Group . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
I. Hofmann and A. V. Fedotov
CEA Studies on Halo F o r m a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
N. Pichoff, P.-Y. Beauvais, R. Duperrier, G. Haouat, J.-M. Lagniel,
and D. Uriot
Sources of Beam Halo Formation in Heavy-Ion Superconducting Linac and Development of
Halo Cleaning M e t h o d s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
P. N. Ostroumov
Halo Formation and its Mitigation in the SNS L i n a c . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
D.-O. Jeon, representing the SNS Project
Halo Studies for the ESS and Linac4 F r o n t - E n d s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
F. Gerigk
Self-Consistency and Coherent Effects in Nonlinear Resonances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
I. Hofmann, G. Franchetti, J. Qiang, and R. D. Ryne
Longitudinal Mismatch in SCL as a Source of Beam H a l o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
A. G. Ruggiero
Observations and Simulation of a Fourth Order Resonance with Space Charge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
G. Franchetti, I. Hofmann, M. Giovannozzi, M. Martini, and E. Metral
Halo and RMS Beam Growth due to Transverse Impedance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
V. V. Danilov and J. A. Holmes
Collective Effects and Collisions in Halo Genesis and G r o w t h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
G. Turchetti, C. Benedetti, A. Bazzani, and S. Rambaldi
Effects of Halo on the AGS Injection from 1.2 GeV Linac . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
W. T. Weng, J. Beebe-Wang, D. Raparia, A. G. Ruggiero, and N. Tsoupas
Beam Halo from Quadrupole Rotation Errors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
R. A. Kishek, S. Bernal, I. Haber, H. Li, P. G. O'Shea, B. Quinn, M. Reiser, and M. Walter
Simulation of Halo Particles with Simpsons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
S. Machida
Comparison of Particle Simulation with J-PARC Linac MEBT Beam Test Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
M. Ikegami, T. Kato, Z. Igarashi, A. Ueno, Y. Kondo, R. Ryne, and J. Qiang
WORKING GROUP II: HALO DIAGNOSTICS
Halo Diagnostics S u m m a r y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
P. Cameron and K. Wittenburg
Physics Results from the Los Alamos Beam-Halo E x p e r i m e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
T. P. Wangler
Observation of Emittance Growth at KEK PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
S. Igarashi, T. Miura, E. Nakamura, Y. Shimosaki, M. Shirakata, K. Takayama, and T. Toyama
Tune-Based Halo Diagnostics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
P. Cameron
Wide Dynamic-Range Beam-Profile Instrumentation for a Beam-Halo Measurement:
Description and Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
J. D. Gilpatrick
Scintillator Telescope in the AGS Extracted B e a m l i n e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
D. Gassner, K. A. Brown, and I. H. Chiang
Beam Tail Measurements using Wire Scanners at DESY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
S. Arutunian, M. Werner, and K. Wittenburg
Collimation Experience at R H I C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
K. A. Drees, R. Fliller, D. Trbojevic, and V. Kain
SNS Longitudinal and Transverse Halo M e a s u r e m e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
D. Gassner, P. Cameron, and R. Witkover
The IPM as a Halo Measurement and Prevention D i a g n o s t i c . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
R. Connolly, M. Grau, R. Michnoff, and S. Tepikian
HERA Beam Tail Shaping by Tune Modulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
C. Montag
WORKING GROUP III: HALO COLLIMATION
Collimation Working Group Summary R e p o r t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
A. Drees and N. V. Mokhov
Beam Loss Control on the ISIS Synchrotron: Simulations, Measurements, Upgrades . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
C. M. Warsop
MARS14 Collimation and Shielding Studies for the 3 GeV Ring of J-PARC P r o j e c t . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
N. Nakao, N. Mokhov, K. Yamamoto, Y. Irie, and A. Drozhdin
SNS Collimating System Design — Performance and I n t e g r a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
N. Simos, H. Ludewig, D. Raparia, N. Catalan-Lasheras, J. Brodowski, and G. Murdoch
Estimate of Dose and Residual Activity in the SNS Ring Collimation S t r a i g h t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
H. Ludewig, N. Simos, D. Davino, S. Cousineau, N. Catalan-Lasheras, J. Brodowski, J. Tuozzolo,
C. Longo, B. Mullany, and D. Raparia
Handling High Activity Components on the SNS (Collimators and Linac Passive
Dump Window) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
G. Murdoch, A. Decarlo, K. Potter, T. Roseberry, J. Schubert, J. Brodowski, H. Ludewig, J. Tuozzolo,
N. Simos, and J. Hirst
The Tevatron Collider Run II Halo Removal S y s t e m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
D. Still, J. Annala, M. Church, B. Hendricks, B. Kramper, and A. Legan
Beam Loss and Collimation at L H C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
J. B. Jeanneret, O. Aberle, I. L. Ajguirei, R. Assmann, I. Baishev, J.-P. Bojon, L. Bruno, E. Carlier,
E. Chapochnikova, E. Chiaveri, B. Dehning, S. S. Fartoukh, A. Ferrari, B. Goddard, J. M. Jimenez,
D. Kaltchev, V. Kain, I. Kourotchkine, H. Preis, F. Ruggiero, R. Schmidt, P. Sievers, J. Uythoven,
V. Vlachoudis, L. Vos, and E. Vossenberg
Beam Loss Scenarios and Strategies for Machine Protection at the LHC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
R. Schmidt, R. Assmann, H. Burkhardt, E. Carlier, B. Dehning, B. Goddard, J. B. Jeanneret, V. Kain,
B. Puccio, and J. Wenninger
Collider and Detector Protection at Beam Accidents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
L L. Rakhno, N. V. Mokhov, and A. L Drozhdin
vi
Crystal Collimation at RHIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
R. P. Fliller, III, A. Drees, D. Gassner, L. Hammons, G. Mclntyre, S. Peggs, D. Trbojevic, V. Biryukov,
Y. Chesnokov, and V. Terekhov
Simulation Aspects of Beam Collimation and Their Remedies in the MARS14 C o d e . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
M. A. Kostin, N. V. Mokhov, S. I. Striganov, and I. S. Tropin
Comparison of the TESLA, NLC and CLIC Beam-Collimation System P e r f o r m a n c e . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
A. Drozhdin, G. Blair, L. Keller, W. Kozanecki, T. Markiewicz, T. Maruyama, N. Mokhov, O. Napoly,
T. Raubenheimer, D. Schulte, A. Seryi, P. Tenenbaum, N. Walker, M. Woodley, and F. Zimmermann
Collimation for CLIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
R. Assmann, H. Burkhardt, S. Fartoukh, J. B. Jeanneret, J. Pancin, S. Redaelli, T. Risselada, D. Schulte,
F. Zimmermann, A. Faus-Golfe, H.-J. Schreiber and G. A. Blair
Design and Performance of the Tesla Test Facility (TTF) Collimation System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
H. Schlarb
BEAM-BEAM'03
Beam-Beam'03 S u m m a r y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
W. Fischer and T. Sen
Beam-Beam Limits
Coherent Beam-Beam Effects, Theory and Observations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
Y. Alexahin
Beam-Beam Instability in Case of Strong-Weak Beam-Beam I n t e r a c t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
L. Jin and J. Shi
Summary of Beam-Beam Observations during Stores in R H I C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
W. Fischer
Beam-Beam Performance of the SLAC B-Factory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
W. Kozanecki, Y. Cai, F.-J. Decker, R. Holtzapple, J. Seeman, M. Sullivan, and U. Wienands
Collision with Finite Crossing Angle at KEKB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
K. Ohmi, M. Tawada, and Y. Funakoshi
Luminosity Increase at the Incoherent Beam-Beam Limit with Six Superbunches in R H I C . . . . . . . . . . . . 244
W. Fischer and M. Blaskiewicz
Theory and Observations of Beam-Beam Effects at the Tevatron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
T. Sen
Tune Modulation from Beam-Beam Interaction and Unequal Radio Frequencies in RHIC . . . . . . . . . . . . 252
W. Fischer, P. Cameron, S. Peggs, and T. Satogata
Beam-Beam Compensation
Progress Report on Beam-Beam Compensation with Electron Lenses in T e v a t r o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
V. Shiltsev, Y. Alexahin, K. Bishofberger, G. Kuznetsov, N. Solyak, M. Tiunov, and X. Zhang
Wire Map and Applications to Long-Range Beam-Beam Compensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
B. Erdelyi and T. Sen
Multipole Compensation of Long-Range Beam-Beam Interactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
J. Shi, L. Jin, and O. Kheawpum
Beam-Beam Simulations in Four-Beam Scheme for High Luminosity e+e~ Colliders . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
Y. Ohnishi and K. Ohmi
Beam-Beam Study Tools
Beam-Beam Simulations for Lepton Machines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
J. T. Rogers
vii
Parallel Strong-Strong/Strong-Weak Simulations of Beam-Beam Interaction in
Hadron Accelerators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
J. Qiang, M. Furman, R. D. Ryne, W. Fischer, T. Sen, and M. Xiao
Weak-Strong Beam-Beam: Averaging and Tune Diagrams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
J. A. Ellison, H. S. Dumas, M. Salas, T. Sen, A. Sobol, and M. Vogt
Numerical Calculation of the Phase Space Density for the Strong-Strong
Beam-Beam I n t e r a c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
A. Sobol and J. A. Ellison
COMMENTS AND DISCUSSIONS
Halo Generation and Beam Cleaning by Resonance T r a p p i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
A. Chao
List of Participants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
Workshop P r o g r a m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
Workshop Poster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
Photos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
Author Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315
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