博士论文-质子直线加速器束流动力学设计研究软件PADSC的研发

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题名	博士论文-质子直线加速器束流动力学设计研究软件PADSC的研发
作者	赵亚亮
学位类别	博士
答辩日期	2013
授予单位	中国科学院大学
授予地点	北京
导师	傅世年
关键词	质子加速器动力学设计多粒子跟踪 PADSC 均温 t-code
学位专业	核技术及应用
中文摘要	随着科技的发展强流质子加速器在核废料处理和核能发电、散裂中子源、高能物理与原子核物理以及环境、医药等方面的应用越来越广泛。强流质子直线加速器作为几乎所有加速器的注入器或主加速器，其运行的好坏，直接决定着束流品质。对加速器结构进行优化设计，对束流动力学建立更精确和真实的模型变得越来越关键。本论文中，针对目前流行的均温设计标准在程序实现方面的不足，提出了更优化的实现方法，并首次通过程序实现。均温的提出是针对匹配束流的，而目前加速器设计主要是针对匹配束流在均温光滑聚焦系统中传输得到的，认为传输过程中归一化发射度、空间电荷力都是不变的。这样，均温条件可以用零流强聚焦参数之间的关系表示。实际加速器聚焦结构都是准周期的，空间电荷力和归一化发射度都可能随着周期结构的改变而改变。由于空间电荷力对横向和纵向的耦合，以及空间电荷力和归一化发射度随着加速器结构而改变，所以传统均温设计方法既不能实现均温也不能实现匹配，而且不能根据实际发射度的变化来调整聚焦参数。本论文中在传统方法的基础上做了进一步的改进，首次实现了既满足匹配又满足均温条件的加速器结构设计方法。对后续加速器均温设计具有实际意义。目前加速器束流跟踪程序有以时间为独立变量（t-code）和以位置为独立变量（z-code）两种。t-code计算的是经过一定时间步长，处于同一时刻不同位置的束流分布，z-code统计的是不同时刻处于同一位置的束流分布。t-code计算速度比z-code要慢，但是z-code计算空间电荷效应的时候需要把不同时刻的粒子从束团中心漂移到同一位置，漂移过程中认为电场力和磁场力为零，会引起误差。对强流直线加速器来说，空间电荷力引起的束晕和束流不稳定是制约强流加速器功率和加速效率提高的重要因素。为了更准确的模拟空间电荷力对束流的影响，本论文编写了一套以时间为变量的多粒子跟踪程序PADSC，并验证了程序的可靠性。PADSC用傅里叶变换解泊松方程的方法求三维空间电荷效应。三维空间电荷效应计算与把束流近似看成轴对称用二维网格求解相比，速度要慢，但是也更准确。这种束流跟踪方法和空间电荷力的计算方法对强流加速器模拟尤其是低能段的模拟，具有重要意义。
语种	中文
学科主题	核技术及应用
公开日期	2016-02-25
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.ihep.ac.cn/handle/311005/209511]
专题	加速器中心_学位论文和出站报告高能物理研究所_加速器中心
作者单位	中国科学院高能物理研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	赵亚亮. 博士论文-质子直线加速器束流动力学设计研究软件PADSC的研发[D]. 北京. 中国科学院大学. 2013.