强流离子束传输和加速束流动力学课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,973,课题一例会,赵亚亮,2014.05.07,973课题一例会赵亚亮,目录,参与任务情况,任务完成情况,代码开发平台的建立,已有代码功能分析,新开发程序的物理要求,程序开发进展,问题,下一步工作计划,目录参与任务情况,参与的总体任务,总体，包括物理要求、软件集成,（,王志军、赵亚亮,）,代码开发平台建立和维护,（,赵亚亮,）,CPU,模块,（,赵亚亮,+,两个研究生,）,本次例会前应完成的任务,已有软件的构架和功能分析；（赵亚亮、齐新、张小虎、王志军）,提出物理要求，包含待开发的功能模块和发展计划；,提出基本的软件构架。,参与任务情况,参与的总体任务参与任务情况,任务完成情况,代码开发平台的建立,完成本地的,svn,服务器的搭建，以及帐号、密码、权限的设置,目前已开发的代码已加入到,svn,版本库，拥有账号、密码的用户可以通过,svn checkout https:/192.168.36.121/svn/Track_t/Track_t-username user,检索到本地，也可以通过,https:/zhaoyl/svn/Track_t/,从网页上打开,代码更改后上传之前，要先,update,到最新版本再上传，发生冲突时先将冲突引导本地，确认最终版本后再上传,建议：每次代码更改，在更改位置标明作者、时间，并简单描述意图；版本上传时，也简单描述更改内容,任务完成情况代码开发平台的建立,强流离子束传输和加速束流动力学课件,所外登陆：,vpn,http:/ map,）,匹配（根据,lattice,周期结构，得到与之匹配的,Twiss,）,均温优化（尚未用多粒子跟踪校验）,其他辅助功能（计算任意两点之间的相移等）,LinacOpt,T-code PIC,算法（,GPU,程序）,BeamPath,任务完成情况已有代码功能分析,任务完成情况,已有代码功能分析,T-code PIC,算法（,GPU,程序）,GPU,程序,常用加速元件的多粒子跟踪（四极铁、,drift,、,gap,、,RFQ,）,数据后处理,任务完成情况已有代码功能分析,已有代码功能分析,BeamPath,end-to-end,模拟,（,输出方式：,z-code,t-code,）,接受度计算,变步长计算,变频率计算,束流反向演化,组合误差分析,本征发射度计算,Particle-in-Cell,空间电荷效应,极化束模拟,RFQ for beam funneling,已有代码功能分析,任务完成情况,新开发程序的物理要求,(,参考,TraceWi n),图形界面,矩阵跟踪,多粒子跟踪,误差分析,匹配,轨道矫正（可属于匹配）,图形化数据后处理,Others,。,任务完成情况新开发程序的物理要求(参考TraceWi n),束流跟踪元件：,四极铁、螺线管；,加速间隙、腔；,Circular or rectangular aperture,；,束测元件；,漂移段；,场分布（静电场、静磁场、,RF,电磁场及其叠加）；,Funneling gap,；,RFQ,；,Space charge compensation,束流跟踪元件：,束流匹配,目标：,算法,Owner,（？）,单纯形法（线性规划算法）,依据,矩阵跟踪结果,多粒子（,partran,）跟踪结果,束流包络变化,发射度增长最小,场变化最小,相位变化最小,某位置,CS,参数,能量和相位,周期相移,束流尺寸,最大束流尺寸,同步相位,相位误差,Beam seperation,根据结构，得到与之匹配的束流,束流匹配束流包络变化发射度增长最小场变化最小相位变化最小某位,误差分析,Input beam errors,bend errors,cavity errors,RFQ errors,Quadrupole errors,误差分析,数据后处理：,在某一位置或者元件出口的粒子分布,单位长度相移、周期相移,束流密度分布,Hofmann,图,磁铁梯度或者强度,Field_map viewer,矫,正子强度、周期长度、腔功率、能量,及其,增益变化、加速场、腔压、接受度、,field map factor,、流强、包络、发射度、束损、束晕、,剥离损失率、,tune depression,数据后处理：,程序开发进展,Matrix,跟踪，元件包括,drift,、,gap,、,quad,、,solenoid,，元件矩阵参考,Trace3d,和,TraceWin,遗传算法库（,nsga,）的引入和用于匹配时的验证,依赖的库：,CLHEP,（,2.1.3,），,nsga,（,2,），,FFTW,（多粒子跟踪）,程序开发进展,已有程序架构,element,drift,gap,quad,others,基类，包含,probe,对象，实现,element,跟踪，每个元件包含多个,step,，每个,step,的矩阵由子类得到。包含线性,SCF,扩展类，包含元件特有,set,、,get,函数,Probe,类,用于记录束流状态，以及,Twiss,参数，线性空间电荷力,粒子类,beam,类,记录束流粒子状态，用于多粒子跟踪,用于记录单粒子信息,Twiss,参数,已有程序架构elementdriftgapquadother,已有程序架构,sequence,类,seqMatrix,类,seqMultiPat,类,element,类,Track,Track,spacecharge,类,FFT,算法类,其他,椭圆边界,开放边界,已有程序架构sequence类seqMatrix类seqMu,包含的类,输入文件的格式,Element,文件,用于遗传算法参数的输入文件,包含的类,强流离子束传输和加速束流动力学课件,用遗传算法,(nsga),进行束流匹配研究,全局、多目标、多变量,算法原理：参考遗传学理论，首先产生一个种群，种群中个体按照一定的优劣标准和算法进行优劣排序，找到这一代个体中最优的，通过交叉、变异产生下一代，依次类推，找到最优的个体。,变异率越高，收敛越慢；,变异率太低容易收敛到局部最优而不是全局最优,用遗传算法(nsga)进行束流匹配研究,用遗传算法进行束流匹配研究,可行性验证：跟踪一段加速结构（,D+G+Q,），得到出口的,Twiss,参数（,ProbeF,），将其中一个（或多个）四极铁的梯度,G,变为,0,，以,ProbeF,的,Twiss,参数作为的目标，以加速段中的,quad,作为变量，用,nsga,进行匹配，可以很容易找到,G,。,目标函数：,2,个：横向失配参数取得最小值,限制条件：,2,个：横向失配参数小于,0.1,变量个数：,4,个：,4,块四极铁梯度,缺点：循环迭代结束条件比较单一,用遗传算法进行束流匹配研究,将,Q4,设置为,0,，初始种群大小是,100,，经过,100,代遗传，可以找到失配参数小于,0.1,的解,Q1,Q2,Q3,Q4,设计值,-34.7495,23.6532,-10.1297,9.47967,Q4=0,-34.740.8,23.650.2,-10.130.2,9.29.6,Q3,、,Q4=0,-34.740.8,23.650.2,-10 -10.013,9.3 9.5,Q2,、,Q3,、,Q4=0,(100*150),-34.741.8,23.3 23.8,-10-10.2,9.3 9.5,Q1,、,Q2,、,Q3,、,Q4=0,非常多种组合，根据变量变化范围限制不同，得到不同的解,将Q4设置为0，初始种群大小是100，经过100代遗传，可以,Q2,、,Q3,、,Q4=0,Q1,、,Q2,、,Q3,、,Q4=0,Q4=0,Q3,、,Q4=0,Q2、Q3、Q4=0Q1、Q2、Q3、Q4=0Q4=0Q3、,问题,T-code 多粒子跟踪，以元件为单位是否合理？,问题T-code 多粒子跟踪，以元件为单位是否合理？,下一步工作计划,将该程序遗传算法用于,ADS,加速段之间的匹配,针对大家对已有结构提出的意见和建议，尽快完善矩阵计算部分,开始进行多粒子跟踪部分,下一步工作计划将该程序遗传算法用于ADS加速段之间的匹配,谢谢,!,谢谢!,