漂移节（Drift）

本模块介绍 PASS 中的漂移节元件 Drift ，用于模拟粒子在无场自由空间中的传输。漂移节是最基本的束线元件，粒子在其中不受任何电磁力作用，仅凭借初始动量做直线运动。

代码位置

源文件： PASS/commands/element/drift.py
类名： Drift （继承自 Command ）
注册名： drift
核心特征：
- 厚元件（ length > 0 ），改变粒子的位置和纵向坐标；
- 使用精确的几何传输公式，考虑横向动量对纵向速度的投影；
- 支持孔径检查，与其它元件一致。

物理推导

粒子在漂移节中不受力，以恒定动量做直线运动。设漂移节长度为 \(L\) ，粒子归一化横向动量为 \(p_x\) 、 \(p_y\) ，动量偏差为 \(\delta\) 。

粒子总动量

归一化总动量（以参考粒子动量 \(P_0\) 为单位）为：

\[P_{\text{tot}} = 1 + \delta\]

纵向动量分量（考虑横向动量的投影）为：

\[p_z = \sqrt{(1 + \delta)^2 - p_x^2 - p_y^2}\]

若 \(p_z^2 \le 0\) ，粒子物理上不可能存在（横向动量大于总动量），标记为丢失。

粒子速度

粒子 \(\beta\) 值由参考粒子 \(\beta_0\) 、 \(\gamma_0\) 和动量偏差 \(\delta\) 计算：

\[\beta = \frac{(1 + \delta) \, \gamma_0 \, \beta_0}{\sqrt{1 + \left[(1 + \delta) \, \gamma_0 \, \beta_0\right]^2}}\]

坐标更新

漂移节中粒子坐标更新为：

\[x \leftarrow x + L \cdot \frac{p_x}{p_z}\]

\[y \leftarrow y + L \cdot \frac{p_y}{p_z}\]

\[z \leftarrow z + L \cdot \left(1 - \frac{\beta_0}{\beta} \cdot \frac{1 + \delta}{p_z}\right)\]

其中 \(z\) 的更新包含路径长度差效应：具有动量偏差的粒子速度不同，导致纵向位置发生变化。

z 坐标回旋折叠

更新后的 \(z\) 坐标被折叠到 \([-C/2, \; C/2]\) 范围内：

\[z \leftarrow z + \left\lfloor \frac{C/2 - z}{C} \right\rfloor \cdot C\]

其中 \(C\) 为环周长。这保证了 \(z\) 始终在环周长范围内。

属性名	JSON key	类型	单位	说明
`s`	`S (m)`	float	m	元件在束线中的纵向位置
`length`	`Length (m)`	float	m	元件长度（必须 \(\ge 0\) ）
`name`	`name`	str		元件名称（由序列 JSON 的键名自动填入）
`aperture_type`	`Aperture Type`	str		孔径类型（默认 `off` ，可选值见孔径章节）
`aperture_value`	`Aperture Value`	list		孔径参数值（默认 `[]` ，含义随类型而异，详见孔径章节）

以下 JSON 片段展示了漂移节的配置方式：

基本用法 ：

"Drift1": {
    "S (m)": 10.0,
    "Command": "Drift",
    "Length (m)": 0.5,
    "Aperture Type": "off"
}

带圆形孔径检查 ：

"Drift2": {
    "S (m)": 10.5,
    "Command": "Drift",
    "Length (m)": 0.3,
    "Aperture Type": "circle",
    "Aperture Value": [0.05]
}

带矩形孔径检查 ：

"Drift3": {
    "S (m)": 11.0,
    "Command": "Drift",
    "Length (m)": 0.2,
    "Aperture Type": "rectangle",
    "Aperture Value": [0.06, 0.04]
}