Применение генетического алгоритма в задаче оптимизации динамики пучка
Работа посвящена исследованию и оптимизации продольной динамики частиц в линейном волноводном ускорителе. Амплитуда напряженности поля ускоряющей волны и приведенная фазовая скорость волны параметризованы при использовании функции арктангенс. В качестве управления используется 8-мерный вектор параметров.
Поставлена задача оптимизации динамики пучка в ускорителе с целью обеспечения требуемого качества пучка на выходе структуры. Оптимизация осуществляется при использовании генетического стохастического алгоритма, предложенного С.М. Ермаковым. Разработан комплекс программ, осуществляющий численное моделирование и оптимизацию динамики пучка. Проведенная оптимизация позволила существенно улучшить параметры пучка, что подтверждает эффективность указанного алгоритма в задачах оптимизации динамики заряженных пучков.
Настоящая работа посвящена исследованию и оптимизации динамики пучка электронов в ускорителе. Ускорители заряженных частиц широко применяются в различных областях [20]: в медицине, промышленности, сельском хозяйстве и в фундаментальных исследованиях. Однако сфера их использования постоянно расширяется; кроме того, возникает необходимость модернизации этих устройств в традиционных областях их применения. Этим обусловлена актуальность задач исследования и оптимизации динамики пучков в ускорителях.
Необходимым условием ускорения заряженных частиц является наличие электрического поля. Магнитное поле лишь меняет форму траектории частицы. Для осуществления ускорения частиц до высоких энергий необходимо либо создать сильное электрическое поле, либо обеспечить возможность частицам длительное время находиться под воздействием электрического поля (или проходить область воздействия многократно). Соответственно ускорители по способу создания электрических полей можно разделить на три большие группы [21]:
1.электростатические (однократное прохождение разности потенциалов)
2 индукционные (эл. поле создается переменным во времени магнитным полем)
3. резонансные (используется высокочастотное электрическое поле)
В зависимости от формы траектории частиц различают циклические и линейные ускорители. В циклических ускорителях частицы имеют круговые или спиральные орбиты, в линейных движутся по траекториям, близким к прямой.
Данная работа посвящена исследованию продольной динамики интенсивного квазипериодического пучка электронов в линейном волноводном ускорителе. Исследование проводится в два этапа: на первом осуществляется моделирование продольного движения частиц (без учета поперечного), без проведения оптимизации. На втором этапе выполняется оптимизация динамики пучка с применением генетического алгоритма.
Разработано программное обеспечение для исследования и оптимизации динамики электронов в ускорителе. Комплекс программ на языке python обеспечил возможность получения численных результатов и их графического представления.
Проведенная оптимизация является успешной апробацией генетического стохастического алгоритма в задаче глобального поиска управляющих параметров, обеспечивающих требуемое качество пучка на выходе ускорителя.
Работа по оптимизации динамики пучка может быть продолжена в следующих направлениях: модификация кода программы с целью повышения быстродействия; надлежащий выбор области поиска и параметров метода; сравнение с другими методами оптимизации; комбинация с направленными методами оптимзации.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.9 (522 отзыва)
4.9 (343 отзыва)
4.7 (82 отзыва)
4.9 (37 отзывов)
4.8 (30 отзывов)
4.7 (96 отзывов)
5 (158 отзывов)
4.9 (66 отзывов)
5 (22 отзыва)
