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基于Geant4的回旋加速器束流动力学计算

张罡 何小中 杜洋 石金水 杨国君

张罡, 何小中, 杜洋, 等. 基于Geant4的回旋加速器束流动力学计算[J]. 强激光与粒子束, 2022, 34: 074002. doi: 10.11884/HPLPB202234.210458
引用本文: 张罡, 何小中, 杜洋, 等. 基于Geant4的回旋加速器束流动力学计算[J]. 强激光与粒子束, 2022, 34: 074002. doi: 10.11884/HPLPB202234.210458
Zhang Gang, He Xiaozhong, Du Yang, et al. Beam dynamics calculation of cyclotron based on Geant4[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2022, 34: 074002. doi: 10.11884/HPLPB202234.210458
Citation: Zhang Gang, He Xiaozhong, Du Yang, et al. Beam dynamics calculation of cyclotron based on Geant4[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2022, 34: 074002. doi: 10.11884/HPLPB202234.210458

基于Geant4的回旋加速器束流动力学计算

doi: 10.11884/HPLPB202234.210458
详细信息
    作者简介:

    张 罡,az282719581@qq.com

    通讯作者:

    何小中,hexiaozhong@tsinghua.org.cn

  • 中图分类号: TL542

Beam dynamics calculation of cyclotron based on Geant4

  • 摘要: 针对回旋加速器的束流动力学设计,基于Geant4模拟研究,提供一种可行的数值模拟方法。通过电磁场仿真软件Opera建立相应的电磁场数据导入到Geant4中进行插值计算,利用Geant4自带的电磁场微分方程与微分方程求解器计算粒子的平衡轨道,振荡频率以及加速轨道。其结果表明:对于横向运动而言,Geant4的计算结果与传统数值方法计算结果趋于一致;对于轴向运动而言,由于磁场插值方法的差异性,二者有一定的区别,对于在加速过程中的非平衡粒子,其能量变化围绕平衡粒子振荡。对于束损,通过限制粒子的运动时间,轴向位移加快计算效率,加入电极碰撞的判定使模拟更趋近实际情况。
  • 图  1  LB-11中心区结构

    Figure  1.  LB-11 central region structure

    图  2  节点示意图

    Figure  2.  Node diagram

    图  3  粒子碰撞电极

    Figure  3.  The particles collided with the electrode

    图  4  Geant4与CycSimulation闭轨差异

    Figure  4.  Comparison of closed orbit calculation between Geant4 and Cycsimulation

    图  5  Geant4与CycSimulation横向和轴向振荡频率差异

    Figure  5.  Difference of betatron tunes between GEANT4 and Cycsimulation

    图  6  插值方法差异比较

    Figure  6.  Comparison of interpolation methods

    图  7  Geant4模拟加速粒子与平衡粒子能量变化

    Figure  7.  GEANT4 simulates the energy changes of accelerating particles and equilibrium particles

    图  8  粒子的横向振荡行为

    Figure  8.  Radial oscillation

    表  1  LB-11物理参数

    Table  1.   Parameters of LB-11

    structurenameparameters value
    magnethill gaps3.8 cm
    RFDee pole numbers4
    voltage42 kV
    frequency72.05 MHz
    ion sourceinsert directiontransverse
    slit area2 mm2
    extraction energy~3 eV
    central regionphase acceptance>40°
    extractionextraction methodstripping
    extraction radius40 cm
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-10-30
  • 修回日期:  2022-02-28
  • 录用日期:  2022-03-07
  • 网络出版日期:  2022-03-14
  • 刊出日期:  2022-05-12

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