✖


Jump to content

Коды физики ускорителей

Ускоритель заряженных частиц — сложная машина, которая принимает элементарные заряженные частицы и ускоряет их до очень высоких энергий. Физика ускорителей — это область физики, охватывающая все аспекты, необходимые для проектирования и эксплуатации оборудования, а также для понимания результирующей динамики заряженных частиц. С каждым доменом связаны пакеты программного обеспечения. Издание 1990 года сборника Los Alamos Accelerator Code Group. [1] предоставляет сводку более чем 200 кодов. Некоторые коды используются до сих пор, хотя многие из них устарели. Еще один указатель существующих и исторических кодов моделирования ускорителей находится на веб-сайте CERN CARE/HHH. [2]

Коды динамики одиночных частиц

[ редактировать ]

Для многих приложений достаточно отследить одну частицу через соответствующие электрические и магнитные поля.Старые кодексы, которые больше не поддерживаются их первоначальными авторами или национальными учреждениями, включают: БЕТА, [3] АГС, ВЫРАВНИВАНИЕ, КОМФОРТ, ДИЗАЙН, ДИМАД, ГАРМОН, ЛЕГО, ЛЖЕЦ, МАГИЯ, МЭРИЛИ, ПАТРИЦИЯ, ПЕТРОС, ГОНОЧНАЯ ТРЕК, СИНХ, [4] ТРАНСПОРТ, ЧЕРЕПАХА и УАЛ. Некоторые устаревшие коды поддерживаются коммерческими организациями для академических, промышленных и медицинских ускорительных учреждений, которые продолжают использовать эти коды. TRACE 3-D и TURTLE входят в число исторических кодов, которые поддерживаются на коммерческой основе. [5]

Основные поддерживаемые коды включают:

Динамика одной частицы Отслеживание вращения Карты Тейлора Слабое-сильное взаимодействие пучка с пучком Отслеживание электромагнитного поля Коллективные эффекты высших энергий Эффекты синхротронного излучения Отслеживание радиации Уэйкфилдс Расширяемый Примечания
Панель инструментов ускорителя (AT), [6] Да Да [7] Нет Нет Нет Да Нет Нет Нет Да
АСТРА [8] Да Нет Нет Нет Да Да Нет Нет Да Нет Для моделирования пространственного заряда
БДСИМ [9] Да Нет Нет Нет Да Нет Нет Нет Нет Да Для моделирования частиц.
Бмад (содержит PTC) [10] Да Да Да Да Да Да Да Да Да Да Воспроизводит уникальную структуру линий луча PTC. Имитирует рентгеновские лучи.
УЮТНАЯ БЕСКОНЕЧНОСТЬ [11] Да Да Да Нет Да Нет Нет Нет Нет Нет
ДИНАК [12] Да Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет
Элегантный [13] Да Нет Нет Нет Да Да Да Нет Да Нет
MAD8 и MAD-X (включая PTC) [14] Да Нет Да Да Нет Нет Да Нет Нет Нет
БЕЗУМНЫЙ ИЗ [14] Да Нет Да Да Нет Нет Да Нет Нет Да Расширяемый, включает LuaJIT.
МЕРЛИН++ [15] [16] Да Да Нет Нет Нет Нет Нет Нет Да Да Другое: взаимодействие пучка и материи, отслеживание срезов макрочастиц.
ОЦЕЛОТ [17] Да Нет Нет Нет Нет Да Да Да Да Да
ОПА [18] Да Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет
ОПАЛ [19] Да Нет Да Нет Да Да Нет Нет Да Да работает на ноутбуках и на ядрах x 10k.
пожалуйста [20] Да Нет Нет Нет Нет Да Да Нет Да Да LINAC, включая моделирование кильватерных полей.
Распространять [21] Да Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Да
ПТК [22] Да Да Да Да Да Нет Нет Нет Нет Да
ГРУСТНЫЙ [23] Да Нет Нет Да Нет Да Да Нет Да Нет
ШАГ [24] Да Да Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет
СиксТрек [25] Да Нет Да Да Нет Нет Нет Нет Нет Нет Может работать на BOINC
Терять [26] [27] Да Да Нет Нет Да Нет Да Нет Нет Да

Столбцы

[ редактировать ]
Отслеживание вращения
частицы Отслеживание вращения .
Карты Тейлора
Построение карт рядов Тейлора высокого порядка, которые можно использовать для моделирования движения частиц, а также для таких целей, как определение силы резонанса отдельных частиц.
Слабое-сильное взаимодействие пучка с пучком
Может моделировать взаимодействие лучей с тем упрощением, что размер одного луча практически фиксирован. Ниже приведен список кодов сильного-сильного взаимодействия.
Отслеживание электромагнитного поля
Может отслеживать (трассировать лучи) частицу через произвольные электромагнитные поля.
Коллективные эффекты Высшей Энергии
Взаимодействия между частицами в пучке могут оказывать важное влияние на поведение, управление и динамику. Коллективные эффекты принимают разные формы: от внутрилучевого рассеяния (IBS), которое представляет собой прямое взаимодействие между частицами, до кильватерных полей, создаваемых стенками вакуумной камеры машины, в которой движутся частицы. В общем, эффект прямых взаимодействий между частицами меньше с пучками частиц более высокой энергии. При очень низких энергиях объемный заряд оказывает большое влияние на пучок частиц, и поэтому его становится трудно рассчитать. Ниже приведен список программ, которые могут обрабатывать силы пространственного заряда низкой энергии.
Эффекты синхротронного излучения

Может моделировать воздействие синхротронного излучения на отслеживаемые частицы.

Отслеживание радиации
Возможность отслеживать синхротронное излучение (в основном рентгеновское ), возникающее при ускорении заряженных частиц.

Это не то же самое, что моделировать воздействие синхротронного излучения на отслеживаемые частицы.

Уэйкфилдс
Электромагнитное взаимодействие между лучом и стенкой вакуумной камеры, окружающей луч, известно как кильватерные поля. Вейкполя создают силы, которые влияют на траекторию частиц луча и потенциально могут дестабилизировать траектории.
Расширяемый
Открытый исходный код и объектно-ориентированное кодирование, позволяющее относительно легко расширить возможности.

Коды космических сборов

[ редактировать ]

Самовзаимодействие (например, объемный заряд) пучка заряженных частиц может вызвать рост пучка, например, при удлинении сгустка или внутрипучковом рассеянии. Кроме того, эффекты пространственного заряда могут вызвать нестабильность и связанные с этим потери луча. Обычно при относительно низких энергиях (примерно для энергий, где релятивистский гамма-фактор меньше 10 или около того) уравнение Пуассона решается через определенные промежутки времени во время отслеживания с использованием алгоритмов частиц в ячейках . Эффекты пространственного заряда уменьшаются при более высоких энергиях, поэтому при более высоких энергиях эффекты пространственного заряда можно моделировать с использованием более простых алгоритмов, которые в вычислительном отношении намного быстрее, чем алгоритмы, используемые при более низких энергиях.Коды, которые обрабатывают эффекты пространственного заряда низкой энергии, включают:

При более высоких энергиях эффекты пространственного заряда включают рассеяние Тушека и когерентное синхротронное излучение (КСИ). Коды, которые обрабатывают пространственный заряд с более высокой энергией, включают:

  • Бмад
  • ЭЛЕГАНТНЫЙ
  • МэриЛи
  • ГРУСТНЫЙ

Коды эффектов пучка «Сильный-сильный»

[ редактировать ]

Когда два луча сталкиваются, электромагнитное поле одного луча будет оказывать сильное воздействие на другой, называемое эффектом луча-луча. Так называемое «слабое-сильное» моделирование моделирует один луч (называемый «сильным» лучом, поскольку он влияет на другой луч) как фиксированное распределение (обычно распределение Гаусса), которое взаимодействует с частицами другого «слабого» луча. Это значительно упрощает моделирование. Полное моделирование «сильно-сильно» более сложное и требует больше времени. К сильным-сильным кодам относятся

  • МОРСКАЯ СВИНКА [42]
  • ЛучЛуч3D [43]

Коды расчета импеданса

[ редактировать ]

Важный класс коллективных эффектов можно резюмировать через реакцию лучей на « импеданс ». Таким образом, важной задачей является вычисление этого импеданса машины. Коды для этого вычисления включают в себя

Магнит и другие коды аппаратного моделирования

[ редактировать ]

Для управления пучком заряженных частиц необходимо создать соответствующие электрические и магнитные поля. Существуют пакеты программного обеспечения, которые помогут спроектировать и понять работу магнитов, радиочастотных полостей и других элементов, создающих эти поля. Коды включают в себя

Описание решетки и проблемы обмена данными

[ редактировать ]

Учитывая разнообразие задач моделирования, не разработано ни одного общего формата данных.Для описания компоновки ускорителя и соответствующих элементов используется так называемый «решеточный файл».Было предпринято множество попыток унифицировать форматы файлов решетки, используемые в различных кодах. Одной из попыток унификации является язык разметки Accelerator и универсальный анализатор Accelerator. [52] Еще одна попытка унифицированного подхода к кодам-ускорителям — это UAL или Универсальная библиотека ускорителей. [53] По состоянию на 2023 год ни один из этих форматов не поддерживается.

Форматы файлов, используемые вMAD может быть наиболее распространенным, поскольку доступны процедуры перевода для преобразования в форму ввода, необходимую для другого кода. С кодом Elegant связан формат данных SDDS и связанный с ним набор инструментов. Если вы используете код на основе Matlab, например Accelerator Toolbox, вам будут доступны все инструменты Matlab.

Для обмена положениями частиц и электромагнитными полями OpenPMD [54] стандарт определяет формат, который затем может быть реализован с помощью формата файла, такого как HDF5 .

Коды в приложениях ускорителей частиц

[ редактировать ]

Существует множество применений ускорителей частиц. Например, двумя важными приложениями являются физика элементарных частиц и производство синхротронного излучения . При выполнении задачи моделирования для любой операции ускорителя результаты моделирования динамики пучка заряженных частиц должны передаваться в соответствующее приложение. Таким образом, для полноценного моделирования необходимо включить коды в соответствующие приложения. Для физики элементарных частиц моделирование может быть продолжено в детекторе с помощью такого кода, как Geant4 .

Например, в установке синхротронного излучения электронный луч создает рентгеновский луч, который затем проходит вниз по лучу, прежде чем достичь эксперимента. Таким образом, программное обеспечение для моделирования электронного луча должно взаимодействовать с программным обеспечением для моделирования рентгеновской оптики, таким как SRW, [55] Тень, [56] Макэкстрейс, [57] или Спектры. [58] Бмад [10] может моделировать как рентгеновские лучи, так и пучки заряженных частиц. Рентгеновские лучи используются в эксперименте, который можно моделировать и анализировать с помощью различного программного обеспечения, такого как научная платформа DAWN. [59] ОЦЕЛОТ [60] также включает в себя как расчет синхротронного излучения, так и модели распространения рентгеновского излучения.

Промышленные и медицинские ускорители представляют собой еще одну важную область применения. По оценкам опроса 2013 года, во всем мире насчитывается около 27 000 промышленных ускорителей и еще 14 000 медицинских ускорителей. [61] и с тех пор эти цифры продолжают расти. [62] Коды, используемые на этих объектах, значительно различаются и часто включают в себя смесь традиционных кодов и специальных кодов, разработанных для конкретных приложений. Код усовершенствованной орбиты (AOC) [63] разработка в компании Ion Beam Applications примером может служить .

См. также

[ редактировать ]

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ Компьютерные коды для проектирования и анализа ускорителей частиц: сборник, второе издание, Хелен Стоукс Дивен и Квок Чи Доминик Чен, номер отчета Национальной лаборатории Лос-Аламоса LA-UR-90-1766, 290 страниц (1990).
  2. ^ веб-сайт CERN CARE/HHH. Архивировано 13 декабря 2012 г., на Wayback Machine.
  3. ^ «Руководство пользователя» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 4 июля 2018 г. Проверено 16 ноября 2013 г.
  4. ^ libtracy на sourceforge.net
  5. ^ AccelSoft Inc. веб-сайт
  6. ^ Веб-сайт ATcollab
  7. ^ См. https://github.com/carmignani/festa.
  8. ^ Jump up to: а б Домашняя страница АСТРА
  9. ^ Домашняя страница БДСИМ
  10. ^ Jump up to: а б Домашняя страница Бмада
  11. ^ "УЮТНЫЙ" . Архивировано из оригинала 7 июля 2018 г. Проверено 14 июня 2018 г.
  12. ^ «ДИНАК» .
  13. ^ ELEGANT, гибкий код, соответствующий SDDS, для программного обеспечения для моделирования ускорителей.
  14. ^ Jump up to: а б «MAD – Методическое проектирование ускорителей» . [электронная почта защищена] . Проверено 9 сентября 2020 г.
  15. ^ Эпплби, Роберт; Барлоу, Роджер Дж.; Бунгау, Адриана; Фэллон, Джеймс; Крюкер, Дирк; Молсон, Джеймс; Рафик, Харун; Роуэн, Скотт; Серлука, Маурицио; Сьёбек, Кирре Несс; Тоадер, Адина; Тайгер, Сэм; Уокер, Ник; Вольски, Энди (03 марта 2019 г.). «Github Merlin-Сотрудничество/Мерлин» . дои : 10.5281/zenodo.2598428 . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
  16. ^ Эпплби, Роберт; Барлоу, Роджер Дж.; Бунгау, Адриана; Фэллон, Джеймс; Крюкер, Дирк; Молсон, Джеймс; Рафик, Харун; Роуэн, Скотт; Серлука, Маурицио; Сьёбек, Кирре Несс; Тоадер, Адина; Тайгер, Сэм; Уокер, Ник; Вольски, Энди (2019). «Мерлин++». дои : 10.5281/zenodo.2598428 . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
  17. ^ Сотрудничество OCELOT на GitHub
  18. ^ веб-сайт ОПА
  19. ^ «Главная · Wiki · OPAL/SRC» .
  20. ^ Мне нравится руководство
  21. ^ Репозиторий Propaga GitHub
  22. ^ «GitHub — jceepf/fpp_book» . Гитхаб . 06.02.2019.
  23. ^ Домашняя страница SAD на kek.jp.
  24. ^ SAMM, еще один код отслеживания на основе Matlab, на liv.ac.uk.
  25. ^ Домашняя страница SixTrack на cern.ch
  26. ^ Домашняя страница Згуби на sourceforge.net
  27. ^ Руководство пользователя Згуби
  28. ^ Решатель PIC на cst.com
  29. ^ Общий трассировщик частиц (GPT) из Pulsar Physics
  30. ^ «Домашняя страница IMPACT в лаборатории Беркли» . Архивировано из оригинала 16 апреля 2015 г. Проверено 9 апреля 2015 г.
  31. ^ ImpactX: код динамики луча на основе s, включая эффекты пространственного заряда, из лаборатории Беркли.
  32. ^ МНОГОЧАСТИЧИЧНЫЕ КОДЫ ОТСЛЕЖИВАНИЯ SBTRACK И MBTRACK. Р. Нагаока, документ PAC '09 здесь
  33. ^ Домашняя страница ОРБИТЫ на ornl.gov.
  34. ^ Сотрудничество PyORBIT
  35. ^ Домашняя страница ОПАЛа
  36. ^ PyHEADTAIL вики
  37. ^ Домашняя страница Synergia на fnal.gov.
  38. ^ TraceWin в CEA Сакле
  39. ^ Руководство пользователя TRANFT, BNL--77074-2006-IR http://www.osti.gov/scitech/biblio/896444
  40. ^ Jump up to: а б с VSim в Tech-X
  41. ^ Варп-вики
  42. ^ «МОРСКАЯ СВИНКА Твики» . twiki.cern.ch . Архивировано из оригинала 20 января 2022 г. Проверено 3 июля 2020 г.
  43. ^ «Репозиторий BeamBeam3D на GitHub» . «Дж. Цян, М. Фурман и Р. Райн, «Параллельная модель частиц в ячейках для взаимодействия пучка с пучком в кольцевых коллайдерах высоких энергий» » . Дж. Комп. Физ . 2004. doi : 10.1016/j.jcp.2004.01.008 .
  44. ^ Домашняя страница ABCI на kek.jp.
  45. ^ Jump up to: а б ACE3P на сайте slac.stanford.gov
  46. ^ CST. Архивировано 29 июля 2018 г. в Wayback Machine , Технология компьютерного моделирования на cst.com.
  47. ^ GdfidL , сетка над ним, беседка закончена на gdfidl.de
  48. ^ Т. Вейланд, DESY
  49. ^ Домашняя страница COMSOL на comsol.com.
  50. ^ Электромагнитная студия CST на cst.com [ постоянная мертвая ссылка ]
  51. ^ «ОПЕРА» на сайте Magnetic-design-software.com . Архивировано из оригинала 24 декабря 2013 г. Проверено 15 ноября 2013 г.
  52. ^ Описание AML и UAP на сайте cornell.edu.
  53. ^ См. ссылки Н. Малицкого и Тальмана, такие как это руководство от 2002 года .
  54. ^ Репозиторий OpenPMD GitHub.
  55. ^ Домашняя страница SRW на esrf.eu
  56. ^ Домашняя страница Shadow на esrf.eu.
  57. ^ Домашняя страница McXTrace на mcxtrace.org.
  58. ^ «Домашняя страница Spectra на riken.go.jp» . Архивировано из оригинала 27 августа 2013 г. Проверено 15 ноября 2013 г.
  59. ^ Веб-сайт научной платформы DAWN
  60. ^ «Знакомство с Оцелотом» . Гитхаб . 16 декабря 2021 г.
  61. ^ Р.В. Хэмм и М.Э. Хэмм, Промышленные ускорители
  62. ^ сессия, посвященная бизнес-возможностям ускорителей на IPAC-17
  63. ^ AOC, Кодекс динамики пучка для медицинских и промышленных ускорителей
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Accelerator_physics_codes&oldid=1220655900"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 6512325612439beeadfbdba734e98317__1714003260
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/65/17/6512325612439beeadfbdba734e98317.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Accelerator physics codes - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)