가속기 물리 코드

Accelerator physics codes

충전된 입자 가속기는 기본적인 충전된 입자를 취하여 매우 높은 에너지로 가속시키는 복잡한 기계다.가속기물리학은 장비를 설계하고 작동하며 충전된 입자의 결과적 역학을 이해하는 데 필요한 모든 측면을 포괄하는 물리학 분야다.각각의 그러한 도메인과 관련된 소프트웨어 패키지가 있다.그런 코드들이 많이 있다.1990년판 로스앨러모스 액셀러레이터 코드 그룹 컴펜디엄은 200개 이상의 코드 요약을 제공한다.많은 코드들이 구식이지만 오늘날에도 여전히 사용되고 있다.기존 및 과거 가속기 시뮬레이션 코드의 다른 인덱스는

단일 입자 역학 코드

많은 애플리케이션에서 관련 전기장과 자기장을 통해 하나의 입자를 추적하는 것으로 충분하다.오래 된 코드들은 더 이상 본연의 작가 혹은 집 기관에 의해 유지되고 있다. 어떤 유산 코드 상업 조직에 의해, 공업 및 의료 학문적 가속기 facil로 유지된다 BETA,[3]정보 수집함, ALIGN, COMFORT, DESIGN, DIMAD, HARMON, 레고는, LIAR, 우리, MARYLIE, PATRICIA, PETROS, RACETRACK, SYNCH,[4]전달, TURTLE, 미국에서 가장 오래 된 항공을 포함한다.ities그 코드를 계속 사용할 수 있을 겁니다Transport, TRACE 3-D, TUTORK은 상업적으로 유지되고 있는 역사적인 코드들 중 하나이다.[5]null

유지관리되는 주요 코드는 다음과 같다.

단일 입자 역학 스핀 트래킹 테일러 맵스 약한-강력 보-보 교호작용 전자기장 추적 높은 에너지 집합 효과 싱크로트론 방사선 추적 웨이크필드 확장 가능 메모들
가속 공구 박스(AT),[6] 네 네[7] 아니요. 아니요. 아니요. 네 아니요. 아니요. 네
아스트라[8] 네 아니요. 아니요. 아니요. 네 네 아니요. 네 아니요. 공간 충전 효과 평가용
BDSIM[9] 네 아니요. 아니요. 아니요. 네 아니요. 아니요. 아니요. 네 입자-물질 상호작용 연구의 경우.null
Bmad(PTC 포함) 네 네 네 네 네 네 네 네 네 PTC의 고유한 빔 라인 구조를 재현한다.또한 X-ray를 시뮬레이션한다.null
코시 인피니티 네 네 네 아니요. 네 아니요. 아니요. 아니요. 네
DYNAC [12] 네 아니요. 아니요. 아니요. 아니요. 아니요. 아니요. 아니요. 아니요.
우아하다 네 아니요. 아니요. 아니요. 네 네 아니요. 네 아니요.
MAD8 및 MAD-X(PTC 포함) 네 아니요. 네 네 아니요. 아니요. 네 아니요. 아니요.
MAD-NG [14] 네 아니요. 네 네 아니요. 아니요. 네 아니요. 네 확장성이 뛰어나며 LuaJ가 내장됨IT
MERLIN++ [15][16] 네 네 아니요. 아니요. 아니요. 아니요. 아니요. 네 네 기타: 빔-물질 상호작용, 슬라이스-매크로픽처스 추적
오슬로 네 아니요. 아니요. 아니요. 아니요. 네 네 네 네
OPA [18] 네 아니요. 아니요. 아니요. 아니요. 아니요. 아니요. 아니요. 아니요.
OPAL[19] 네 아니요. 네 아니요. 네 네 아니요. 네 네 오픈 소스, 노트북 및 x 10k 코어에서 실행null
플래켓[20] 네 아니요. 아니요. 아니요. 아니요. 네 네 네 네 웨이크필드를 포함한 LINAC 시뮬레이션null
전파[21] 네 아니요. 아니요. 아니요. 아니요. 아니요. 아니요. 아니요. 네
PTC[22] 네 네 네 네 네 아니요. 아니요. 아니요. 네
SAD [23] 네 아니요. 아니요. 네 아니요. 네 네 네 아니요.
삼엠 네 네 아니요. 아니요. 아니요. 아니요. 아니요. 아니요. 아니요.
식스트랙 네 아니요. 네 네 아니요. 아니요. 아니요. 아니요. 아니요. BOINC에서 실행 가능
즈구비 네 네 아니요. 아니요. 네 아니요. 네 아니요. 네 오픈 소스null

기둥

스핀 트래킹
입자의 스핀 추적.
테일러 맵스
Taylor 시리즈 맵을 높은 순서로 구성하여 입자 운동을 시뮬레이션하는 데 사용할 수 있으며, 단일 입자 공명 강도를 추출하는 것에도 사용할 수 있다.
약한-강력 보-보 교호작용
하나의 빔이 기본적으로 크기가 고정되어 있다는 단순화로 빔-빔 상호작용을 시뮬레이션할 수 있다.강한 상호 작용 코드의 목록은 아래를 참조하십시오.
전자기장 추적
임의 전자기장을 통해 입자를 추적(선 추적)할 수 있다.
높은 에너지 집합 효과
빔의 입자 사이의 상호작용은 행동, 제어 및 역학에 중요한 영향을 미칠 수 있다.집단 효과는 입자와 입자의 직접적인 상호작용인 IBS(Interabeam Disclosing)와 입자가 이동하는 기계의 진공실 벽에 의해 매개되는 웨이크필드의 다른 형태를 취한다.일반적으로 높은 에너지 입자 빔과 직접 입자 입자-입자 상호작용의 효과는 더 적다.매우 낮은 에너지에서 공간 전하가 입자 빔에 큰 영향을 미치기 때문에 계산하기 어려워진다.낮은 에너지 공간 충전력을 처리할 수 있는 프로그램의 목록은 아래를 참조하십시오.
싱크로트론 방사선 추적
충전된 입자의 가속으로 생성된 싱크로트론 방사선(주로 X선)을 추적하는 기능.
웨이크필드
빔을 둘러싸고 있는 빔과 진공 챔버 벽 사이의 전자자기 상호작용을 웨이크필드라고 한다.웨이크필드는 빔 입자의 궤적에 영향을 미치는 힘을 생성하며 궤적을 잠재적으로 불안정하게 할 수 있다.
확장 가능
비교적 쉽게 기능을 확장할 수 있도록 오픈 소스 및 객체 지향 코딩.

공간 충전 코드

충전된 입자 빔의 자가 상호작용(예: 공간 전하)은 다발성 연장 또는 배내 산란과 같은 빔의 성장을 유발할 수 있다.또한 공간 충전 효과는 불안정성과 관련 빔 손실을 유발할 수 있다.일반적으로 비교적 낮은 에너지(상대론적 감마인자가 10 이하인 에너지의 경우)에서 포아송 방정식은 추적 중 틈틈이 세포 내 입자 알고리즘을 사용하여 해결된다.공간 충전 효과는 높은 에너지에서 감소하므로 높은 에너지에서는 낮은 에너지에서 사용되는 알고리즘보다 계산적으로 훨씬 빠른 단순한 알고리즘을 사용하여 공간 충전 효과를 모델링할 수 있다.낮은 에너지 공간 충전 효과를 처리하는 코드는 다음과 같다.

  • 아스트라
  • Bmad
  • CST 스튜디오 스위트
  • GPT [29]
  • 임팩트
  • mb트랙
  • OBIT,[32] PyORBIT[33]
  • OPAL [34]
  • 파이헤드테일
  • 시너지
  • 트레이스윈
  • 트란프트
  • VSIM
  • 워프

높은 에너지에서 공간 전하 효과는 뚜체크 산란과 일관성 있는 싱크로트론 방사선(CSR)을 포함한다.더 높은 에너지 공간 충전을 처리하는 코드는 다음과 같다.

  • Bmad
  • 우아함
  • 메리리
  • SAD

"강력-강력" 빔 효과

두 빔이 충돌할 때, 한 빔의 전자기장은 빔-빔 효과라고 불리는 다른 빔에 강한 영향을 미칠 것이다.소위 "약한" 시뮬레이션 모델인 한 빔(다른 빔에 영향을 주기 때문에 "강한" 빔이라고 함)은 다른 "약한" 빔의 입자와 상호작용하는 고정된 분포(일반적으로 가우스 분포)로서 다른 빔의 시뮬레이션 모델이다.이것은 시뮬레이션을 크게 간소화한다.완전한 "강력한" 시뮬레이션은 더 복잡하고 더 많은 시뮬레이션 시간이 걸린다.강력한 코드에는 다음이 포함된다.

  • 기니피그

임피던스 연산 코드

집합 효과의 중요한 세분류는 "임피던스"에 대한 빔 반응의 관점에서 요약될 수 있다.따라서 중요한 작업은 기계의 이 임피던스 연산이다.이 계산에 대한 코드는 다음을 포함한다.

자석 및 기타 하드웨어 모델링 코드

충전된 입자 빔을 제어하려면 적절한 전기장과 자기장이 생성되어야 한다.자석, RF 캐비티 및 이러한 필드를 생성하는 다른 요소의 설계와 이해를 돕는 소프트웨어 패키지가 있다.코드는 다음을 포함한다.

  • ACE3P [43]
  • COMSOL 다중물리학
  • CST 스튜디오 스위트
  • 오페라
  • VSIM

격자 파일 형식 및 데이터 교환 문제

모델링 작업의 다양성을 고려할 때, 개발된 공통 데이터 형식이 하나 없다.액셀러레이터의 레이아웃과 해당 요소를 설명하기 위해 이른바 "attice file"을 사용한다.다른 코드에서 사용되는 격자 파일 형식을 통일하려는 시도가 수없이 있었다.하나의 통일 시도는 가속기 마크업 언어와 유니버설 액셀러레이터 파서다.[50]가속기 코드에 대한 통일된 접근방식의 또 다른 시도는 UAL 또는 유니버설 액셀러레이터 라이브러리다.[51]null

MAD에서 사용되는 파일 형식은 다른 코드에 필요한 입력 형식으로 변환하기 위해 변환 루틴을 사용할 수 있는 가장 일반적인 형식일 수 있다.우아한 코드와 연관된 것은 SDDS라고 불리는 데이터 형식이며, 관련된 도구 모음입니다.Accelerator Toolbox와 같은 Matlab 기반 코드를 사용하면 Matlab 내의 모든 도구를 사용할 수 있다.null

입자 가속기 적용 코드

입자 가속기의 응용은 많다.예를 들어, 두 가지 중요한 애플리케이션은 기초 입자 물리학과 싱크로트론 방사선 생산이다.가속기 작동을 위한 모델링 작업을 수행할 때 충전된 입자 빔 동적 시뮬레이션의 결과는 관련 애플리케이션에 제공되어야 한다.따라서 완전한 시뮬레이션을 위해서는 관련 애플리케이션에 코드를 포함해야 한다.입자 물리학의 경우 Geant4와 같은 코드를 가진 검출기에서 시뮬레이션을 계속할 수 있다.null

예를 들어 싱크로트론 방사선 시설의 경우, 전자 빔은 실험에 도달하기 전에 빔 라인을 따라 이동하는 X선 빔을 생성한다.따라서 전자 빔 모델링 소프트웨어는 SRW,[52] Shadow,[53] McXTrace [54]또는 Spectrum과 같은 X선 광학 모델링 소프트웨어와 인터페이스해야 한다.[55]Bmad는[10] X선과 충전된 입자 빔을 모두 모델링할 수 있다.X선은 Dawn 과학 플랫폼과 같은 다양한 소프트웨어로 모델링하고 분석할 수 있는 실험에 사용된다.[56]또한 오셀롯에는 싱크로트론 방사선 계산과 X선 전파 모델이 모두 포함된다.null

산업용 및 의료용 가속기는 중요한 용도의 또 다른 영역을 나타낸다.2013년 조사는 전세계적으로 약 27,000개의 산업용 가속기와 1만 4,000개의 의료용 가속기가 있다고 추정했고,[58] 그 이후로 그 수는 계속해서 증가하고 있다.[59]그러한 시설에서 사용되는 코드는 상당히 다양하며 종종 특정 용도에 대해 개발된 전통적인 코드와 사용자 정의 코드를 혼합하여 포함한다.Ion_Beam_Applications에서 개발된 AOC([60]Advanced Obit Code)가 그 예다.null

참고 항목

참조

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