RFQ Hesaplayıcı Yazılımlar Hakkında ve demirci. UPHUK - V 7-9 Eylül Görkem Türemen & Betül Yasatekin Ankara Üniversitesi. Gökhan Ünel UC Irvine

Transkript

1 RFQ Hesaplayıcı Yazılımlar Hakkında ve demirci UPHUK - V 7-9 Eylül 2013 Görkem Türemen & Betül Yasatekin Ankara Üniversitesi Gökhan Ünel UC Irvine

2 Radio Frequency Quadrupole 2 RFQ protonları, ağır iyonları hızlandırmak için kullanılır. Üç iş yapar: Sürekli demeti bohçalı yapar, demeti odaklar ve hızlandırır. Düşük β da etkindir. Bir hızlandırıcıdan basitçe beklenenden fazlasını yapar: Aynı çıkış enerjisine ulaşmak için, giren protonların enerjisi ne kadar azsa, o kadar kısa RFQ gerekir. Diş macunu tüpü davranışı 4 kutuplularla uygun faz ile sıkıştırılan demet ayrışır ve ilerlerken hızlanır. Gittikçe büyüyen kipleme (modulation) genliği gerektirir girişte m=1, çıkışta m 2 Sürekli Bohçalı ma a

3 3 Linac-4 RFQ gövde 3m kanat -V/2 +V/2 +V/2 -V/2 karşılıklı kanat uçlarının oluşturduğu bölmeler: oda ma a parçacık hızlandıkça oda boyu artar

4 4 RFQ tasarlamak için Ne hızlandırılacak? H- p + D +? Hangi frekansta? Kullanabileceğim RF güç kaynağı var mı? Giriş enerjisi ne? Çıkış enerjisi ne? E in ne kadar azsa, o kadar çabuk bohçalarım. Giriş yayınımı (ε) ne? KP sınırından ne kadar uzaklaşilabilir? 1.8KP kolaylıkla elde edilebilir gözüküyor. 4 büyükler nasıl olmalı? φ : eşzamanlı faz a: demete ne kadar yaklaşmalıyım? m : kipleme nasıl olmalı? V : kanatlar arası gerilim, sabit mi? yoksa değişken mi? KP:$hızlandırıcılarda$RF$sıklığına$göre$atlama$olmadan$erişilebilir$en$yüksek$elektrik$ alan,$mv/m$olarak$kullanılır.$1950$lerde$d.$kilpatrik$anısına$kullanılan$kısaltma.

5 5 alet işler, el övünür RFQ çalışmalarının başladığı yıllardan beri tasarım bilgisayarla yapılıyor. Bu konuda sınırlı sayıda yazılım var. RFQ konusunda var olan yazılımlar Lidos: Rusya da geliştirilmiş yazılım, tasarım ve demet dinamiği benzetimi yapıyor, windows da çalışıyor, satın alınabilir. Parmteq: ADB de geliştirilmiş yazılım, tasarım ve demet dinamiği benzetimi yapıyor, windows da çalışıyor, satın alınması sorunlu. Benelos: Fransa da CEA nın yazılımı, tasarım yapıyor(muş), kaybolmuş Toutatis: Demet dinamiği benzetimleri yapıyor. Linux, Mac, Windows. Yeni bir yazılıma yer var mı?

6 6 Yeni Yazılım: Demirci Daha iyi anlamak için kendimiz yapmalıydık Demirci nin sağladıkları c++ kitaplık Komut satırı arayüzü Grafik arayüzü Parmteq, Lidos ve Toutatis ile etkileşme Sonuçların grafik gösterimi (gnuplot ve ROOT) Başarıyla denenen işletim sistemleri: OSX, Scientific Linux, Ubuntu Linux gerekenler: c++, GSL, ROOT, gnuplot duyarım unuturum, görürüm hatırlarım, yaparım anlarım... v1.7.1

7 7 Grafik Arayüzü ROOT ile bütünleşik olarak çalışan bir arayüz var. demircigui.exe Çizimlerle Tasarım Genel Değişkenler Komutlar Çıktılar

8 8 Çizimlerle Tasarım Başlangıçta görülen tasarım fare ile değiştirilir bütün eğri oynatılabilir tek bir nokta oynatılabilir 200 odalı bir yapı 20 nokta ile gösterildi

9 9 Genel Değişkenler Tasarımdaki Nokta Sayısı Varsayılan Oda Sayısı Giriş Enerjisi Çalışma Frekansı Hedeflenen Enerji Ya varsayılan oda sayısında ne kadar enerji alındığına, Ya da hedeflenen enerjiye kaç odada ulaşıldığına bakılır.

10 10 Komutlar Yardım 20 Noktayı 200 Noktaya Yayar Hesapları Yapar Başa Döner Çıkış Sonuçları Çizer Tasarımı Toutatis te Çalıştırır Tasarımı Lidos ta Çalıştırmak İçin Lidos Çıktılarıyla Karşılaştırmak İçin Kaydedilen Tasarımı Yükler SuperFish Çıktısı Alıp Çizmek İçin Ok bir düğmenin üzerinde tutulunca o düğmenin yaptığı iş konusunda açıklama gösterir. İç Özellikleri Değiştirir Tasarımı Kaydeder

11 11 SuperFish etkileşimi SuperFish 2boyutlu hesaplar yapar demirci SF girdisi olan kütüğü yazar. demirci kesit görünümünü gösterir. yuvarlak gövde varsayılır

12 12 İç Özellikler Toutatis te benzetim yapmak için kullanılacak demet özellikleri İstenen birkaçı veya hepsi çizdirilebilir Diğer demet ve RFQ özellikleri Toutatis in kurulu olduğu yer Tasarımın adı

13 13 Örnek Genel parametreleri ayarla Sırayla Interpolate ve Run düğmelerine bas Sonuçları buradan oku Tasarım için gereken 4 çizimi ayarla

14 14 Çizimler İlgilenilen değerler oda numarasına göre veya RFQ uzunluğuna göre çizdirilebilir. Altta çalışan ROOT olduğu için resimde değişiklik veya ekleme (yorum, ok,...) yapmak çok kolay: tıklayarak menulerden ulaşılabilir.

15 Kapağın altında. 15 bir c++ sınıfı var demir( ); ~demir( ); int initialize( char *dname); int readrfqparams( double Vforced, bool redefinephi); int engagerfq( double targete); double getpowercu(); int dump4toutatis (char *ofname); int dump4lidos (char *ofname); int dump2lidos (char *ofname); void Verbose() ; int plot (char *ofname); void printbasics(); void displayhelp(); double kilpatrick(double Es); char* printresult(bool usestdout=true ); void readphase(); void getphase(); void savephi(); void readgap(); void getgap(); void savegap(); std::vector<gap_data> Gap( ); RFQ_data getrfq( );

16 16 demirci.exe Kitaplık Kullanmak demir dmr; dmr.initialize((char *)"dmr.in"); dmr.engagerfq(targete); dmr.printresult(); Programlama yapmak isteyenler Demirci kütüphanesindeki işlevleri istedikleri gibi kullanıp, kendi yazılımlarını hazırlayabilirler. Veya hazır yazılım kullanılabilir:

17 17 Komut Satırı Arayüzü $./demirci.exe bir girdi kütüğünü okur ve gerekli hesaplamaları yapar, sonuçları ekrana yazar:

18 18 Yardım $./demirci.exe -h : yardım almak için -v: pogramı daha konuşkan yapmak için...

19 19 Konuşkan Örnek her odada ne olduğunu görebiliriz

20 20 Eşzamanlı Evre φ Tasarımın φ bağımlılığını anlamak için ya komut satırından oda sayısı ve değişme oranı girilir, ya da phi.in kütüğünden okunur. bu sayede bir betik ile otomatik değer taraması yapılabilir.

21 21 RFQ yu Bölmek CNC üretim nedenlerinden ötürü RFQ lar parça parça yapılır ve birleştirilir. Parçaların arasında kalan aralık (gap) demetin davranışını etkiler. $./demirci.exe -s aralık (gap) parametrelerini gap.in kütüğünden okur ve kullanır. $./demirci.exe -g aralık (gap) parametrelerini komut satırından okur ve kullanır. öntanımlı aralık sayısı 0 dır.

22 22 Komut Satırı, Diğer Ayarlar basit çalışma tasarımdaki kanat gerilimi yerine V kullan Hedef enerji t ulaşılınca hesaplar dursun

23 23 Çıktı Kütükleri Hesaplanan sonuçları Lidos ile uyumlu kütükler olarak kaydetmek mümkündür. Her durumda Toutatis uyumlu dmr.out kaydedilir. toutatis -l -L Oda sayısı () Oda boyu (mm) RFQ boyu (m) beta () Enerji (MeV) m () Kanat Gerilimi (MV) Hız. Etkinliği () Evre (o) a (mm) m.a (mm) dmr4lidos.out

24 24 Bildik Çizimler gnuplot kullanarak sonuçlar çizilebilir : -P sonuç eps olarak kaydedilir. 3 SANAEM-RFQ -20 Cell Length (cm), Energy (MeV), m (#), Bore Radius (mm) Cell Length Energy -80 Modulation Bore Radius Sync. Phase RFQ Length (m) Sync. Phase (deg)

25 25 karşılaştırma 1 RFQ tasarımında girdi olarak kabul ettiğimiz 4 değişken var. V: kanatlar arası gerilim; a: en dar aralık; m: kipleme; φ:eş zamanlı faz. yani bu 4 değişken her iki yazılımda da tamamen aynı, geri kalanlar hesaplanıyor. Aynı başlangıç verileri için Demirci ve Lidos sonuçları karşılaştırıldı. Karşılaştırmalar MHz de çalışan ve 20 kev giriş enerjili protonları hızlandıran 176 hücreli RFQ için yapıldı Demirci/Lidos Cell Position(cm) Max.Aperture(mm) Bore Radius(mm) Demirci Lidos* Toutatis 1.04 φ> Boy (m) Enerji (MeV) Zaman (ns) Demirci Lidos farkı %5 ten az. *Advisor sonuçları, burada c=300km/s alınmış RFQ length (cell number)

26 RFQ length (cell number) 26 karşılaştırma 2 Beta(=v/c) ile hücre boyu doğrudan ilgili L = β λ /2 En çok ~10% fark faz farkının hızla değiştiği yerde en çok fark var φ>-90 Demirci/Lidos Cell Length(cm) beta K. Energy(MeV)

27 27 karşılaştırma 3 demirci, Toutatis ile de karşılaştırıldı. Hızlandırma ve odaklama etkinliği A10=½.V.εa Çoğunlukla birbirine yakın sonuçlar ilk hücrelerdeki fark nedeni araştırılıyor Demirci/Toutatis Cell Length (m) Acc. Efficiency, A A10 (kv) Focus Strength, B RFQ length (cell number)

28 28 kuramsal açıklama Kapchinskiy ve Tepliakov: 2 terimli potansiyel X: odaklama etkinliği A: hızlandırma etkinliği A0, A10: kıvıluç yapısından hesaplanan değişmezler Demirci hesapları 2 terimli potansiyel ile yapılır. Parmteq / Lidos gibi en son tasarıma yönelik yazılımlarda çok kutuplu açılımın ilk 8 terimini kullanılır. Demirci ve diğer yazılımlar arasındaki farkın nedeni budur.

29 29 sonuç ve sonrası RFQ tasarımında kullanılmak için yeni bir program ve işlev kütüphanesi yazıldı: Demirci Tüm unix benzerlerinde çalışabilir; ROOT ile bütünleşik grafik arayüzü ve ayrıca komut satırı arayüzü sağlar; Ortamdaki benzer yazılımlarla etkileşebilir; Demirci, benzerleri ile 10% hata payı içinde uyumludur. Demirci geliştirilmeye devam edilecektir*: amaç CNC tezgaha verilebilir bir çıktı elde etmektir. * Demirci yi geliştirmek üzere çalışmak isteyen arkadaşlar bizimle iletişime geçebilir.

30 30 son KAYNAKÇA RFQ's- AN INTRODUCTION John W. Staples Thomas Wangler RF LINER ACCELERATORS LIDOS RFQ DESIGNER Accelsoft Inc TOUTATIS: A 3D RFQ CODE Romuald Duperrier dikkatiniz için teşekkürler