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Explore various programs aiding accelerator physicists in designing and building accelerators. Examples range from electromagnetics to particle tracking. Discover how models are utilized in practical accelerator simulations and analyses.
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Rechnergestützte Beschleuningerplanung -Beispiele für Programme I • Es gibt hunderte von Programmen, die dem Beschleunigerphysiker bei der Entwicklung und dem Bau von Beschleunigern helfen - hier nur eine kleine (subjektive) Liste. Die meisten Programme sind im WWW dokumentiert. • Für die Entwicklung von Magneten • ROXIE (CERN) • TOSCA und OPERA (Vector Fields, kommerzielles Produkt) • QUABER und SPQR (Quench in supraleitenden Magneten - CERN) • MAFIA codes (Prof.Thomas Weiland und Mitarbeiter TU Darmstadt) • Electrostatic fields • Magnetostatic fields • Low-frequency eddy current fields • High-frequency eddy current fields (including displacement current) • High-frequency resonators and wave guides • Transient fields • Fully self-consistent transient fields including free moving charges
Beispiele für Programme II • Mechanik + Dynamische Systeme • ANSYS (Finite Elemente) • Simulation needs encompass structural, contact, thermal, computational fluid dynamics (CFD), acoustics, electrostatics, magnetostatics, and low- or high-frequency electromagnetics capabilities • Beschleunigeroptik • MAD (CERN) • Trackingprogramme in diversen Labors, z.B. Sixtrack (CERN) • Korrektur des Teilchenbahn (COCU - CERN) • Wechselwirkung von Teilchen mit Materie • GEANT (CERN + outside) • EGS • FLUKA (CERN)
Beispiele für Programme III • Viele Programme, die für andere Anwendungen entwickelt worden, kommen in der Beschleunigerphysik und Technik zu Anwendung. Beispiele sind: • Mathematik • Mathematica • MathCad • Elektronik • PSPICE • PCAD • Messtechnik • LABVIEW • Zeichnungen und virtuelle Realität • AUTOCAD • EUCLID • Ausserdem gibt es noch unzählige Programme an den verschiedenen Beschleunigerinstituten, die für spezielle Anwendungen geschrieben wurden.
Modellbeschleuniger • Anstatt Details über die verschiedenen Programme zu diskutieren: • Praktisches Beispiel für den Modellbeschleuniger in MATHCAD • Lineare Optik • Betatronschwingungen • Emittanz • Nichtlinearität • Tracking • Synchrotronschwingungen • Spektrum des Strahls
Modellbeschleuniger: transversaler Phasenraum • Lineare Optik: • k=1.4195 qx=ganzzahlig tune = 1 • (wenn man 4 Zellen hat, wird der tune halbzahlig) • k=1.43 qx=1.022 • k=1.44 qx=1.044 • k=1.48 qx=1.137 • k=1.50 qx=1.188 • k=1.51 qx=1.228 • k=1.52 qx=1.242 • k=1.55104 qx=1.333 • sextupole 0.001 = starts to be instable, instable at 512 turns • k=1.50 qx=1.188 stable again • k=1.50 qx=1.188 sextupole 0.050 stable but distorted phase space
Modellbeschleuniger: longitudinaler Phasenraum • Beispiel 1: fs = 0.125 und As=1, eine Periode in 4 Umläufen, und in der Frequenz sieht man einen peak bei 512 • Beispiel 2: wie 1, mit As=10, man nur bei einigen Umläufen ein Signal, immer dann, wenn der Bunch im Zentrum ist (alle 4 Umläufe, fuer 180 und 360 Grad) • Beispiel 3: f2=0.120 und As=0.2 - nur ein Peak • Bespiel 4: wie 3, und As=1 - 2ter Peak sehr klein • Beispiel 5: wie 3 und As=2, 2ter Peak, und 3ter Peak • Beispiel 6: fs=0.0125 und As=2
Modellbeschleuniger: Bunchspektrum • 1 Bunche, 0.5 ns, bis 200 • 1 Bunche, 0.1 ns, bis 200 • 10 Bunche, 0.1 ns, bis 200
F0D0 Zelle des Modelspeicherrings QF Dipol QD Dipol QF lB=1.50 m lq=0.40 m lB=1.50 m ld=0.55 m F0D0 Zelle MQF MB MQD MQD MB MQF MD1 MD1 MD1 MD1 MEB MEB MEB MEB
