Исследование продольного и поперечного движения частиц в линейном волноводном ускорителе

Ломоносова Наталья Викторовна
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Работа посвящена исследованию продольной и поперечной динамики интенсивного квазипериодического пучка в линейном волноводном ускорителе. Получены уравнения, описывающие динамику электронов. Поле объемного заряда для продольной и радиальной компонент имеют вид тригонометрического полинома, т.к. кусочно-постоянная плотность заряда аппроксимируется тригонометрическим полиномом. Для моделирования поперечного движения используется метод огибающих. Оптимизация движения осуществляется многокритериальным методом. Представлены результаты численного моделирования и оптимизации.

Введение………………………………………………………………………. 3
Обзор литературы…………………………………………………………….. 7
Постановка задачи……………………………………………………………. 10
Общие положения (устройство ускорителя и уравнения движения)……. 11
Глава 1. Продольное движение частиц……………………………………. 14
1.1. Уравнения продольного движения……………………………… 14
1.2. Метод учета взаимодействия частиц……………………………. 16
1.3. Оптимизация продольного движения…………………………… 20
Глава 2. Поперечное движение частиц……………………………………. 25
2.1. Уравнения поперечного движения………………………………. 25
2.2. Метод расчета радиальной компоненты напряженности
кулоновского поля……………………………………………………………. 30
2.3. Математическая модель продольного и поперечного движения
частиц в ускорителе………………………………………………………….. 35
2.4. Оптимизация поперечной динамики пучка……………………… 39
Глава 3. Численное моделирование и оптимизация динамики
пучка…………………………………………………………………………………………. 43
3.1. Параметры прибора и расчета……………………………………. 43
3.2. Результаты численного моделирования и
оптимизации…………………………………………………………………… 45
Заключение……………………………………………………………………. 57
Список литературы…………………………………………………………… 59
Приложение…………………………………………………………………… 62

Ускорители заряженных частиц – это устройства для получения
высокоэнергетичных пучков частиц (электронов, протонов, атомных ядер,
ионов) с целью использования ускоренного пучка в научных исследованиях,
промышленности, хозяйстве, медицине и других сферах [9].

Ускорение частиц осуществляется под действием электрического поля,
магнитное поле лишь изменяет форму траектории частицы и служит для
управления пучком, в том числе, для его фокусировки [15, 16]. Ускоряющее
электрическое поле в большинстве случаев создается внешними
устройствами – генераторами.

Данная работа посвящена исследованию продольной и поперечной
динамики интенсивного квазипериодического пучка электронов в линейном
волноводном ускорителе. Исследование проводится в два этапа: на первом
осуществляется моделирование продольного движения частиц (без учета
поперечного), проводится его оптимизация. На втором этапе выполняется
моделирование продольной и поперечной динамики пучка при
оптимизированном управлении продольным движением, полученном на
первом этапе работы.

На первом этапе исследования представлены уравнения продольного
движения частиц. Описан метод моделирования продольной компоненты
напряженности поля объемного заряда, использующий аппроксимацию
плотности заряда тригонометрическим полиномом. Введены критерии
качества пучка. Предложена параметризация управляющих функций
(которые предполагаются кусочно-гладкими), а также способ выбора
значений параметров. Поставлена задача многокритериальной оптимизации
продольной динамики пучка. Проведена численная оптимизация, получена
приближенная компромиссная кривая и соответствующее множество
приближенно-эффективных управлений. Выбрано одно из управлений,
обеспечивающее существенное повышение качества группировки пучка и
коэффициента захвата в режим ускорения по сравнению с начальным
управлением. Выбранное управление фиксировано для проведения второго
этапа исследования.

На втором этапе представлена математическая модель продольной и
поперечной динамики пучка. Получено выражение для поперечной
компоненты кулоновского поля пучка в виде тригонометрического
полинома, затем выполнена его линеаризация по поперечной координате.
Это позволило описать поперечное движение частиц в рамках метода
огибающих. Введена параметризация управляющей функции по аналогии с
параметризацией управлений продольным движением. Проведена
многокритериальная оптимизация поперечной динамики пучка с целью
обеспечить его движение без потерь частиц на стенках, минимизировать его
радиус и эффективный эмиттанс на выходе ускорителя. Получены
приближенная компромиссная кривая и соответствующее множество
приближенно-эффективных управлений. Оптимизация позволила
значительно уменьшить радиус пучка на всем ускоряющем тракте и
эффективный эмиттанс пучка на выходе структуры.

Разработано программное обеспечение для исследования и
оптимизации динамики электронов в ускорителе. Комплекс программ на
языке C++ обеспечил возможность получения численных результатов и их
графического представления. Расчеты выполнены для линейного
волноводного ускорителя с начальной энергией 60 кэВ и длиной ускоряющей
волны 10 см . Проведен анализ полученных результатов.

1. Березин Ю.А., Вшивков В.А. Метод частиц в динамике разреженной
плазмы. — Новосибирск, 1980. — 96 с.
2. БубликБ.Н.,ГаращенкоФ.Г.,КириченкоН.Ф.Структурно-
параметрическая оптимизация и устойчивость динамики пучков. –
Киев, 1985.- 304 с.
3. Вальднер О.А., Власов А.Д., Шальнов А. В. Линейные ускорители. —
М., 1969. — 248 с.
4. Владимирова Л.В. Многокритериальная оптимизация в прикладных
задачах. Учебное пособие. СПб: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2002. – 23 с.
5. ВладимироваЛ.В.Многокритериальнаяоптимизациядинамики
пучков. Известия Иркутского государственного университета, 2014.
Серия: Математика, 2014, №7, с.3-18.
6. Владимирова Л.В., Овсянников Д.А., Рубцова И.Д. Методы Монте-
Карло в прикладных задачах. – СПб.: Изд-во ВВМ, 2015. – 167 с.
7. Владимирова Л. В., Овсянников Д.А., Свистунов Ю.А. Оптимизация
захвата частиц в ускорение при больших токах в ЛУЭ //Вопросы
атомной науки и техники. Сер. Электрофизическая аппаратура.
1993.Вып. 26. С.54-60.
8. Власов А.Д. Теория линейных ускорителей. — М., 1965. — 308 с.
9. Гольдин Л.Л. Физика ускорителей. М.: Наука, 1983. 144с.
10. Дымников А. Метод огибающих в задачах управления пучками частиц
//Программированиеиматематическиеметоды
решения физических задач. Дубна. — 1978. — С. 300–304.
11. Ермаков С.М. Метод Монте-Карло в вычислительной математике.
Вводный курс. Изд-во Бином, Москва, Невский диалект, Санкт-
Петербург, 2009, – 192 с.
12. Ермаков С.М. Метод Монте-Карло и смежные вопросы. М.: Наука,
1975. – 472 с.
13. Ильин В.П. Численные методы решения задач электрофизики. – М.:
Наука, 1985. – 334 с.
14. Капчинский И.М. Теория линейных резонансных ускорителей.
Динамика частиц. – М.: Энергоиздат, 1982. 240с.
15. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория поля. — М., 1967. — 460с.
16. Матвеев А.Н. Электродинамика и теория относительности. М.,
«Высшая школа», 1964. — 424 с.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Александр Р. ВоГТУ 2003, Экономический, преподаватель, кандидат наук
    4.5 (80 отзывов)
    Специальность "Государственное и муниципальное управление" Кандидатскую диссертацию защитил в 2006 г. Дополнительное образование: Оценка стоимости (бизнеса) и госфин... Читать все
    Специальность "Государственное и муниципальное управление" Кандидатскую диссертацию защитил в 2006 г. Дополнительное образование: Оценка стоимости (бизнеса) и госфинансы (Казначейство). Работаю в финансовой сфере более 10 лет. Банки,риски
    #Кандидатские #Магистерские
    123 Выполненных работы
    Ольга Б. кандидат наук, доцент
    4.8 (373 отзыва)
    Работаю на сайте четвертый год. Действующий преподаватель вуза. Основные направления: микробиология, биология и медицина. Написано несколько кандидатских, магистерских... Читать все
    Работаю на сайте четвертый год. Действующий преподаватель вуза. Основные направления: микробиология, биология и медицина. Написано несколько кандидатских, магистерских диссертаций, дипломных и курсовых работ. Слежу за новинками в медицине.
    #Кандидатские #Магистерские
    566 Выполненных работ
    Кормчий В.
    4.3 (248 отзывов)
    Специализация: диссертации; дипломные и курсовые работы; научные статьи.
    Специализация: диссертации; дипломные и курсовые работы; научные статьи.
    #Кандидатские #Магистерские
    335 Выполненных работ
    Лидия К.
    4.5 (330 отзывов)
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии ... Читать все
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии и педагогики. Написание диссертаций, ВКР, курсовых и иных видов работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    592 Выполненных работы
    Шагали Е. УрГЭУ 2007, Экономика, преподаватель
    4.4 (59 отзывов)
    Серьезно отношусь к тренировке собственного интеллекта, поэтому постоянно учусь сама и с удовольствием пишу для других. За 15 лет работы выполнила более 600 дипломов и... Читать все
    Серьезно отношусь к тренировке собственного интеллекта, поэтому постоянно учусь сама и с удовольствием пишу для других. За 15 лет работы выполнила более 600 дипломов и диссертаций, Есть любимые темы - они дешевле обойдутся, ибо в радость)
    #Кандидатские #Магистерские
    76 Выполненных работ
    Елена Л. РЭУ им. Г. В. Плеханова 2009, Управления и коммерции, пре...
    4.8 (211 отзывов)
    Работа пишется на основе учебников и научных статей, диссертаций, данных официальной статистики. Все источники актуальные за последние 3-5 лет.Активно и уместно исполь... Читать все
    Работа пишется на основе учебников и научных статей, диссертаций, данных официальной статистики. Все источники актуальные за последние 3-5 лет.Активно и уместно использую в работе графический материал (графики рисунки, диаграммы) и таблицы.
    #Кандидатские #Магистерские
    362 Выполненных работы
    Оксана М. Восточноукраинский национальный университет, студент 4 - ...
    4.9 (37 отзывов)
    Возможно выполнение работ по правоведению и политологии. Имею высшее образование менеджера ВЭД и правоведа, защитила кандидатскую и докторскую диссертации по политоло... Читать все
    Возможно выполнение работ по правоведению и политологии. Имею высшее образование менеджера ВЭД и правоведа, защитила кандидатскую и докторскую диссертации по политологии.
    #Кандидатские #Магистерские
    68 Выполненных работ
    Александра С.
    5 (91 отзыв)
    Красный диплом референта-аналитика информационных ресурсов, 8 лет преподавания. Опыт написания работ вплоть до докторских диссертаций. Отдельно специализируюсь на повы... Читать все
    Красный диплом референта-аналитика информационных ресурсов, 8 лет преподавания. Опыт написания работ вплоть до докторских диссертаций. Отдельно специализируюсь на повышении уникальности текста и оформлении библиографических ссылок по ГОСТу.
    #Кандидатские #Магистерские
    132 Выполненных работы
    Анастасия Б.
    5 (145 отзывов)
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическо... Читать все
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическому и гуманитарному направлениях свыше 8 лет на различных площадках.
    #Кандидатские #Магистерские
    224 Выполненных работы

    Другие учебные работы по предмету