回旋加速器非線性強(qiáng)流空間電荷效應(yīng)仿真研究.pdf

1、回旋加速器不僅廣泛應(yīng)用于國防基礎(chǔ)科學(xué)研究，而且在同位素生產(chǎn)以及醫(yī)學(xué)診斷、質(zhì)子治療等應(yīng)用領(lǐng)域也得到廣泛的應(yīng)用。引入虛擬樣機(jī)技術(shù)，用虛擬方法進(jìn)行低能加速器的設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試和運(yùn)行仿真，有助于降低制造成本和工程風(fēng)險。在粒子加速器中，束流自身的非線性空間電荷場將直接導(dǎo)致束流發(fā)射度的增長。粒子的能量較低時，空間電荷力更加顯著，使得這一效應(yīng)更加明顯。空間電荷主導(dǎo)的束流行為的一個普遍特征是，一個初始非線性截面束在傳輸過程中將變得更加均勻，這個過

2、程同時伴隨著束流發(fā)射度的大幅度增長和束暈的出現(xiàn)。因此，對其束流動力學(xué)的模擬仿真是必要的，非線性束流仿真系統(tǒng)將作為虛擬樣機(jī)集成平臺的一個重要組成部分。 本文詳細(xì)地討論了帶空間電荷效應(yīng)的非線性束流仿真系統(tǒng)的研究情況及其實(shí)現(xiàn)方法。首先基于邊界元理論，推導(dǎo)出自由空間電荷場的計算公式，然后對相關(guān)模塊進(jìn)行了理論分析與詳細(xì)設(shè)計，最后搭建集成仿真平臺，主要包括相空間粒子分布的產(chǎn)生、分布測試、模型前處理、模擬計算和后處理五個部分。為驗(yàn)證程序設(shè)計的