【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及加速器，具體是涉及一種基于數字孿生的加速器參數優化調配方法。
技術介紹
1、加速器是采用人工手段將帶電粒子加速到較高能量的裝置，x射線管是最早的電子加速器，此后，各種粒子加速器得到廣泛發展，粒子獲得的能量也逐步提高。在更高能量的粒子用于核物理試驗的同時，更多加速器在工農業、醫藥衛生等領域得到廣泛應用。
2、電子直線加速器分為低能和高能二種，由于能量較低，加速器較短，束流的軌道較易控制。對于高能加速器，由于束流傳輸的距離較遠，在束流傳輸過程中，束流軌道偏離對加速器出口束流的品質影響較大，因此必須采用軌道校正系統對束流軌道進行校正，以減小束流由于在加速過程中的偏軸而帶來的損失和束歸一化發射度的增長。
技術實現思路
1、為解決上述技術問題，提供一種基于數字孿生的加速器參數優化調配方法，本技術方案解決了上述
技術介紹
中提出的問題。
2、為達到以上目的，本專利技術采用的技術方案為：
3、一種基于數字孿生的加速器參數優化調配方法，包括：
4、s101：沿直線加速器安裝至少一個條型結構的束流位置探測器，測定粒子束流沿加速器的軌道變化；
5、s102：采用二維矢量來描述粒子在二維相空間的運動狀態，基于數字孿生模擬從電子槍中射出的初始束流狀態；
6、s103：分析直線加速器的元件偏軸以及雜散磁場導致的束流偏軸，所述元件偏軸包括四極透鏡偏軸、加速管偏軸和束流位置探測器安裝導致的偏軸，所述雜散磁場包括地磁場、隔離器或磁控
7、s104：計算腔式藕合器在橫向平面上導致的振幅和相位變化，構建直線加速器的數字孿生模型；
8、s105：基于直線加速器的數字孿生模型，判斷輸出粒子流位置是否超出預設閾值范圍，若是，則輸出束流偏軸過大，需要進行參數優化，若否，則輸出束流符合標準，結束優化；
9、s106：利用一對一校正法優化水平和垂直校正子降低束流偏軸變化最大的束流位置探測器處的束流偏軸；
10、s107：利用整體軌道校正法依次優化上游的各校正子，兼顧下游各束流位置探測器處的束流偏軸，得到最佳束流軌道；
11、s108：在加速管末端利用零位調整校正法，將從加速管出來的粒子束流沿著接近中軸線傳輸，返回步驟s103。
12、優選的，所述采用二維矢量來描述粒子在二維相空間的運動狀態，基于數字孿生模擬從電子槍中射出的初始束流狀態具體包括：
13、分別在橫向空間和縱向空間采用二維矢量來描述粒子在二維相空間的運動狀態；
14、基于數字孿生模擬從電子槍中射出的初始束流狀態；
15、模擬并輸出粒子束流經過直線節、四極透鏡、加速元件和校正子時的束流傳輸矩陣；
16、基于束流傳輸矩陣計算各束流位置探測器處的束流偏軸；
17、所述二維矢量為：
18、
19、式中，x，y分別為在橫向空間和縱向空間中用于描述粒子運動的二維矢量，x，x'分別為束流橫向位置和偏角，y，y'分別為束流縱向位置和偏角，(x?x')t表示(x?x')的轉置矩陣；
20、所述束流傳輸矩陣為：
21、
22、式中，mi為加速器中的第i個元件的束流傳輸矩陣，m為基于數字孿生模擬的束流傳輸矩陣參數；
23、所述各束流位置探測器處的束流偏軸為：
24、
25、式中，xj為第j個束流位置探測器處的束流偏軸，x0為從電子槍中射出時的初始偏軸，nj為第j個束流位置探測器上游的元件總數。
26、優選的，所述分析直線加速器的元件偏軸以及雜散磁場導致的束流偏軸具體包括：
27、利用均方根誤差公式計算各元件處的位置公差；
28、基于各元件處的位置公差計算直線加速器的元件偏軸；
29、獲取雜散磁場在與加速器軸線垂直方向上的磁場強度分量；
30、基于所述磁場強度分量，計算加速管末端的雜散磁場導致的束流偏軸；
31、所述均方根誤差公式為：
32、
33、式中，δxi為第i個元件的位置公差，xi'為距離第i個元件最接近的上游的束流位置探測器處的束流偏軸，ni為第i個元件上游的束流位置探測器總數；
34、所述元件偏軸為：
35、
36、式中，xj'為由于第i個元件的偏軸產生的第j個束流位置探測器的束流偏軸，i為單位矩陣，具體為
37、所述雜散磁場導致的束流偏軸為：
38、
39、式中，s為加速管末端的雜散磁場導致的束流偏軸，e為粒子所帶電荷量，by為雜散磁場在與加速器軸線垂直方向上的磁場強度分量，v為粒子在加速管末端時的速度，l為加速管長度，g為加速器的加速梯度，u0，ul分別為粒子在加速管始端和末端的能量。
40、優選的，所述計算腔式藕合器在橫向平面上導致的振幅和相位變化，構建直線加速器的數字孿生模型具體包括：
41、獲取腔式耦合器中與加速器軸線垂直方向上的磁場的磁場強度分量；
42、計算耦合器腔橫向平面高頻場軸項分量；
43、利用電子相對場公式，計算電子相對場的振幅和相位的變化情況；
44、基于各束流位置探測器處的束流偏軸、直線加速器的元件偏軸、加速管末端的雜散磁場導致的束流偏軸和電子相對場的振幅和相位的變化情況，構建直線加速器的數字孿生模型；
45、所述耦合器腔橫向平面高頻場軸項分量為：
46、
47、式中，ez為耦合器腔橫向平面高頻場軸項分量，x為束流橫向位置，by'為腔式耦合器中與加速器軸線垂直方向上的磁場的磁場強度分量，t為時間參數，為ez對x的偏導數；
48、所述電子相對場公式為：
49、
50、式中，j為虛數單位，e(x)，θ(x)分別為電子相對場的振幅和相位的變化函數，為電子相對場的相位。
51、優選的，所述基于直線加速器的數字孿生模型，判斷輸出粒子流位置是否超出預設閾值范圍具體包括：
52、基于直線加速器的數字孿生模型，模擬粒子流自從電子槍中射出至從加速器中射出的運動過程；
53、預設最大誤差值，并以加速器中軸點為原點，以預設最大誤差值為半徑作圓，定義圓內為預設閾值范圍；
54、判斷輸出粒子流位置是否超出預設閾值范圍，若是，則輸出束流偏軸過大，需要進行參數優化，若否，則輸出束流符合標準，結束優化。
55、優選的，所述利用一對一校正法優化水平和垂直校正子降低束流偏軸變化最大的束流位置探測器處的束流偏軸具體包括：
56、計算各相鄰的束流位置探測器處的束流偏軸的差值；
57、在差值最大的束流位置探測器的上游，設置兩個套在一起的水平和垂直校正磁鐵；
58、利用校正子強度公式計算所需水平和垂直校正磁鐵本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于數字孿生的加速器參數優化調配方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生的加速器參數優化調配方法，其特征在于，所述采用二維矢量來描述粒子在二維相空間的運動狀態，基于數字孿生模擬從電子槍中射出的初始束流狀態具體包括：
3.根據權利要求2所述的一種基于數字孿生的加速器參數優化調配方法，其特征在于，所述分析直線加速器的元件偏軸以及雜散磁場導致的束流偏軸具體包括：
4.根據權利要求3所述的一種基于數字孿生的加速器參數優化調配方法，其特征在于，所述計算腔式藕合器在橫向平面上導致的振幅和相位變化，構建直線加速器的數字孿生模型具體包括：
5.根據權利要求4所述的一種基于數字孿生的加速器參數優化調配方法，其特征在于，所述基于直線加速器的數字孿生模型，判斷輸出粒子流位置是否超出預設閾值范圍具體包括：
6.根據權利要求5所述的一種基于數字孿生的加速器參數優化調配方法，其特征在于，所述利用一對一校正法優化水平和垂直校正子降低束流偏軸變化最大的束流位置探測器處的束流偏軸具體包括：
7.根據權利要求6
8.根據權利要求7所述的一種基于數字孿生的加速器參數優化調配方法，其特征在于，所述在加速管末端利用零位調整校正法，將從加速管出來的粒子束流沿著接近中軸線傳輸具體包括：
...【技術特征摘要】
1.一種基于數字孿生的加速器參數優化調配方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生的加速器參數優化調配方法，其特征在于，所述采用二維矢量來描述粒子在二維相空間的運動狀態，基于數字孿生模擬從電子槍中射出的初始束流狀態具體包括：
3.根據權利要求2所述的一種基于數字孿生的加速器參數優化調配方法，其特征在于，所述分析直線加速器的元件偏軸以及雜散磁場導致的束流偏軸具體包括：
4.根據權利要求3所述的一種基于數字孿生的加速器參數優化調配方法，其特征在于，所述計算腔式藕合器在橫向平面上導致的振幅和相位變化，構建直線加速器的數字孿生模型具體包括：
5.根據權利要求4所述的一種基于數字孿生的加速器參數優化調配...
【專利技術屬性】
技術研發人員：何寧，高寧，黃敬松，蘇春，
申請(專利權)人：上海高鷹科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。