強(qiáng)流離子束傳輸和加速束流動(dòng)力學(xué)課件

1、973課題一例會(huì)趙亞亮2014.05.07目錄參與任務(wù)情況任務(wù)完成情況代碼開發(fā)平臺(tái)的建立已有代碼功能分析新開發(fā)程序的物理要求程序開發(fā)進(jìn)展問題下一步工作計(jì)劃參與的總體任務(wù)總體，包括物理要求、軟件集成（王志軍、趙亞亮）代碼開發(fā)平臺(tái)建立和維護(hù)（趙亞亮）CPU模塊 （趙亞亮+兩個(gè)研究生）本次例會(huì)前應(yīng)完成的任務(wù)已有軟件的構(gòu)架和功能分析；（趙亞亮、齊新、張小虎、王志軍）提出物理要求，包含待開發(fā)的功能模塊和發(fā)展計(jì)劃；提出基本的軟件構(gòu)架。參與任務(wù)情況任務(wù)完成情況代碼開發(fā)平臺(tái)的建立完成本地的svn服務(wù)器的搭建，以及帳號、密碼、權(quán)限的設(shè)置目前已開發(fā)的代碼已加入到svn版本庫，擁有賬號、密碼的用戶可以通過svn c

2、heckout 21/svn/Track_t/ Track_t -username user檢索到本地，也可以通過https:/zhaoyl/svn/Track_t/ 從網(wǎng)頁上打開代碼更改后上傳之前，要先update到最新版本再上傳，發(fā)生沖突時(shí)先將沖突引導(dǎo)本地，確認(rèn)最終版本后再上傳建議：每次代碼更改，在更改位置標(biāo)明作者、時(shí)間，并簡單描述意圖；版本上傳時(shí)，也簡單描述更改內(nèi)容所外登陸：vpn /jgsz/kyxt/div7/fuwu/suonei/vpn/任務(wù)完成情況已有代碼功能分析PADSCMatrix跟蹤（quad、drift、gap）多粒子跟蹤（field map）匹配（根據(jù)lattice周

3、期結(jié)構(gòu)，得到與之匹配的Twiss）均溫優(yōu)化（尚未用多粒子跟蹤校驗(yàn)）其他輔助功能（計(jì)算任意兩點(diǎn)之間的相移等）LinacOptT-code PIC算法（GPU程序）BeamPath任務(wù)完成情況已有代碼功能分析T-code PIC算法（GPU程序）GPU程序常用加速元件的多粒子跟蹤（四極鐵、drift、gap、RFQ）數(shù)據(jù)后處理已有代碼功能分析BeamPathend-to-end 模擬 （ 輸出方式：z-code , t-code） 接受度計(jì)算 變步長計(jì)算 變頻率計(jì)算束流反向演化組合誤差分析本征發(fā)射度計(jì)算Particle-in-Cell 空間電荷效應(yīng)極化束模擬 RFQ for beam funnel

4、ing任務(wù)完成情況新開發(fā)程序的物理要求(參考TraceWi n)圖形界面矩陣跟蹤多粒子跟蹤誤差分析匹配軌道矯正（可屬于匹配）圖形化數(shù)據(jù)后處理Others。束流跟蹤元件：四極鐵、螺線管；加速間隙、腔；Circular or rectangular aperture；束測元件；漂移段；場分布（靜電場、靜磁場、RF電磁場及其疊加）；Funneling gap；RFQ ；Space charge compensation束流匹配目標(biāo)：算法Owner（？）單純形法（線性規(guī)劃算法）依據(jù)矩陣跟蹤結(jié)果多粒子（partran）跟蹤結(jié)果束流包絡(luò)變化發(fā)射度增長最小場變化最小相位變化最小某位置CS參數(shù)能量和相位周期相

5、移束流尺寸最大束流尺寸同步相位相位誤差Beam seperation根據(jù)結(jié)構(gòu)，得到與之匹配的束流誤差分析Input beam errorsbend errorscavity errorsRFQ errorsQuadrupole errors數(shù)據(jù)后處理：在某一位置或者元件出口的粒子分布單位長度相移、周期相移束流密度分布 Hofmann圖 磁鐵梯度或者強(qiáng)度Field_map viewer矯正子強(qiáng)度、周期長度、腔功率、能量及其增益變化、加速場、腔壓、接受度、field map factor、流強(qiáng)、包絡(luò)、發(fā)射度、束損、束暈、剝離損失率、tune depression程序開發(fā)進(jìn)展Matrix跟蹤，元件包

6、括drift、gap、quad、solenoid，元件矩陣參考Trace3d和TraceWin遺傳算法庫（nsga）的引入和用于匹配時(shí)的驗(yàn)證依賴的庫：CLHEP（2.1.3），nsga（2），F(xiàn)FTW（多粒子跟蹤）已有程序架構(gòu)elementdriftgapquadothers 基類，包含probe對象，實(shí)現(xiàn)element跟蹤，每個(gè)元件包含多個(gè)step，每個(gè)step的矩陣由子類得到。包含線性SCF擴(kuò)展類，包含元件特有set、get函數(shù)Probe類用于記錄束流狀態(tài)，以及Twiss參數(shù)，線性空間電荷力粒子類beam類記錄束流粒子狀態(tài)，用于多粒子跟蹤用于記錄單粒子信息Twiss參數(shù)已有程序架構(gòu)sequ

7、ence類seqMatrix類seqMultiPat類element類TrackTrackspacecharge類FFT算法類其他橢圓邊界開放邊界包含的類輸入文件的格式Element文件用于遺傳算法參數(shù)的輸入文件用遺傳算法(nsga)進(jìn)行束流匹配研究全局、多目標(biāo)、多變量算法原理：參考遺傳學(xué)理論，首先產(chǎn)生一個(gè)種群，種群中個(gè)體按照一定的優(yōu)劣標(biāo)準(zhǔn)和算法進(jìn)行優(yōu)劣排序，找到這一代個(gè)體中最優(yōu)的，通過交叉、變異產(chǎn)生下一代，依次類推，找到最優(yōu)的個(gè)體。 變異率越高，收斂越慢；變異率太低容易收斂到局部最優(yōu)而不是全局最優(yōu)用遺傳算法進(jìn)行束流匹配研究可行性驗(yàn)證：跟蹤一段加速結(jié)構(gòu)（D+G+Q），得到出口的Twiss參數(shù)（

8、ProbeF），將其中一個(gè)（或多個(gè)）四極鐵的梯度G變?yōu)?，以ProbeF的Twiss參數(shù)作為的目標(biāo)，以加速段中的quad作為變量，用nsga進(jìn)行匹配，可以很容易找到G。目標(biāo)函數(shù)：2個(gè)：橫向失配參數(shù)取得最小值限制條件：2個(gè)：橫向失配參數(shù)小于0.1變量個(gè)數(shù)：4個(gè)：4塊四極鐵梯度缺點(diǎn)：循環(huán)迭代結(jié)束條件比較單一將Q4設(shè)置為0，初始種群大小是100，經(jīng)過100代遺傳，可以找到失配參數(shù)小于0.1的解Q1Q2Q3Q4設(shè)計(jì)值-34.749523.6532-10.12979.47967Q4=0-34.740.823.650.2-9.6Q3、Q4=0-34.740.823.650.2-10 -10.0139.3 9.5Q2、Q3、Q4=0(100*150)-34.741.823.3 23.8-10 -10.29.3 9.5Q1、Q2、Q3、Q4=0非常多種組合，根據(jù)變量變化范圍限制不同，得到不同的