HIZLANDIRICI TASARIM SİMULASYONLARI

Transkript

1 HIZLANDIRICI TASARIM SİMULASYONLARI Prof. Dr. Orhan ÇAKIR Ankara Üniversitesi III. Uluslararası Parçacık ları ve Dedektörleri Yaz Okulu, Bodrum, Eylül 2007

2 Parçacık hızlandırıcıları Elektron, proton gibi yüklü parçacıkları elektrik alan kullanarak yüksek hızlara çıkaran ve manyetik alan kullanarak demet halinde bir arada tutan makinelere Gun.mov hızlandırıcı adı verilir. Televizyonlardaki elektron tabancaları veya x-ışını makineleri gibi düşük enerjili olanları ve yeraltında kurulmuş, kilometrelerce uzunlukta olan yüksek enerjili hızlandırıcılar da bulunmaktadır. Parçacık hızlandırıcıları inşaa edildikleri şekle göre ikiye ayrılırlar: Doğrusal ve çembersel. Amerika Birleşik Devletleri'ndeki SLAC laboratuvarı doğrusal, gene aynı ülkedeki Fermilab laboratuvarı ve Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi (CERN) çembersel hızlandırıcıların dünyadaki önemli örneklerini bulundurmaktadır.

3 lar larla İlk Yıllar Genel olarak nükleer ve parçacık fiziği Tasarım ve işletim denemeleri Günümüz ları Büyük aygıtlar, çok insan gücü, çok para Çok fazla uygulama Güvenlik konuları Karmaşık kontrol ve işletim

4 Parçacık hızlandırıcıları/çarpıştırıcıları LEP (89-00) LHC(08-)

5 Hesaplama yöntemleri nerede gerekir? Demet dinamiği çalışmaları nın tasarım ve simulasyonu Kontrol ve işletim elemanlarının tasarımı Magnetler, RF boşlukları, vb. Vakum bileşenleri, cryogenics, vb.

6 Tasarım Basamakları Temel parametrelerin tanımlanması tasarım şekli ve optiği Yerel ve genel özelliklerin analizi, performans ölçümü Demet kararlılığı Geometri ve kurulum

7 Fiziği Programı Gerekliliği! Başlangıç parametreleri hesabı Optik tasarım programı Tek parçacık dinamiği modelleme Çok parçacık dinamiği modelleme Geometri Birçok program gerekebilir ın algoritmaları ve ne yaptıkları öğrenilmelidir

8 Optik Tasarımı Standart formatta hızlandırıcının tanımı gereklidir Optik hesapları Lineer ve lineer olmayan optik hesaplar Lineer düzeltmeler Lineer olmayan ve kromatik düzeltmeler Parametre uyarlama

9 Bir nın u Bir hızlandırıcı içinde demetin veya parçacığın hareketinin benzetişimi Parçacıklarla etkileşimini tanımlamak için makine elemanının yerel özelliklerinin kullanılması Genel davranışın çıkarılması amaçlanır: Kararlılık, Ömür, Tek parçacık davranışı, elemanların etkisi: lineer olmayan elemanlar, makine kusurları (örn. alan hataları), dış parazitler (örn. saçılma) Çok paçacık davranışı, genellikle kollektif davranış: koherent hareket, emittans artışı, sönüm vb. elemanlarının parçacık topluluğuna etkisi (örn. empedans), parçacıkların birbiriyle etkileşmesi, uzay yükü ve demet-demet etkileri

10 Tek parçacık ve Çok Parçacık İzleme (Tracking) - Bir test parçacığının makine elemanları içinden geçişinin, tanımlanan dönüş sayısı için, simulasyonu yapılmaktadır tracking. - Demetin (~108 parçacık) simulasyonu, demet şekli, bütün parçacıkların merkezi hareketleri - Çok parçacık durumunda, parçacıklar farklı genlikler, farklı ayarlar, farklı momentum vardır ve emittans tanımı daha karmaşık hale gelir - Eşzamanlı olarak çok parçacığın üretimi ve simulasyonu - Herbir parçacık makinenin elemanlarıyla ayrı etkileşir, Parçacık topluluğu makine elemanları ile etkileşir - Herbir parçacık diğer parçacıklarla etkileşir.

11 Bir Bilgisayara Nasıl Görünür? Sadece böyle değil! çok elemanlı bir makine olarak tanımlanır Karmaşık bir yapı Ortak elemanlar Değişen Eğme ve odaklama Ardışık makine elemanları enerji Bilgisayar bir hızlandırıcıyı, içindeki parçacığın onu gördüğü gibi görür.

12 ları da her bir M elemanı demet üzerine belirli bir şekilde etki yapar, bu bir magnet, RF kovuğu, vakum Genelde z2 z1! odası vs. olabilir. Elemanlar bilgisayara uygun M=M1 o M2 o M3 o o Mn bir şekilde tanıtılır z1,z2 : elemandan önceki ve sonraki nicelikleri M bir makine elemanının (koordinatlar, demet özelliklerini tanımlar ve, boyutları, vs.) göstersin Lineer matris veya dönüşüm Bir M elemanı matematiksel bir cisim Yüksek mertebe integral M bir elemanı tanımlar Genel : z2=m o z1 Ardışık elemanlar kümesi, modellenen parçaları birbirine bağlar ve demet hatlarını (veya halkalarını) oluşturur. algoritması Program, altprogram, vb. z1 den z2 ye gitmek için herhangi bir tanımlama olabilir.

13 için Basamaklar Program makine elemanlarının sırasını konumlarını girdi dosyasından okur, Elemanların özelliklerini, çeşitlerini okur, dipol, kuadrupol, drift, vs. Aktarma matris elemanlarını oluşturur Girdi için standartlar mevcut, dönüştürücüleri kullanır

14 Zamanın fonksiyonu olarak demet boyutlarının değişimi Zamanın fonksiyonu olarak Emittans

15 DEMETLERİN ORTAMLA ETKİLEŞMESİ Demetler makine elemanları ile etkileşir Artık alanlarla etkileşir Empedanslar Elektron bulutu Kesişen elemanlar DEMETLERİN KENDİLERİYLE ETKİLEŞMESİ DEMETLERİN DİĞER DEMETLERLE ETKİLEŞMESİ diğer demet lineer olmayan bir lens gibi davranır koherent olmayan demetdemet etkileri koherent demet-demet etkileri (parçacık topluluğuna etki) Demet içindeki parçacıklar aynı demetteki diğer parçacıklarla etkileşirler Uzay yükü etkileri Intra-demet saçılması Çoklu-paketçik etkileri

16 Bazı ı PT: Parçacık izleme, LW: Lienard-Weichert, MS: Maxwell denklem çözücü, PD: Plazma Dinamiği. Program Tanım Parmela PT Homdyn PT Tredi PT QUINDI PT ve LW Genesis 1.3 PT Elegant PT Spur LW fieldeye LW Ampere MS Poisson/Superfish MS Gdfidl MS Radia MS HFSS MS Magic PD OopicPro PD Platform Paralel Kaynak Kılavuz, Not Linux,Mac Linux,Mac Linux Linux Linux,Mac Linux,Mac,Win Linux,Mac Linux Win Linux Linux Mac,Win Win Win Linux hayır hayır evet evet hayır hayır evet evet hayır hayır hayır hayır hayır hayır evet evet hayır evet evet evet hayır evet evet hayır evet evet hayır hayır hayır evet ders notu kılavuz, ders notu ders notu kılavuz kılavuz, ders notları kılavuz, ders notları kılavuz, ders notu kılavuz, ders notu ders notu, online kılavuz --online ders notu online kılavuz, ders notu

17 HIZLANDIRICI TASARIM PROGRAMLARIN KARŞILAŞTIRILMASI

18 THM Projesi kapsamında ENJEKTÖR 1. ASTRA (*Windows, *Linux) 2. PARMELA *Linux, ) (*Windows, 3. POISSON *Linux) (*Windows, (*Windows, 2. GINGER (*Windows, *Linux) 3. PROMETEO *Linux) * Program Kuruldu * Program elde edilemedi SASE FEL 1. GENESIS *Linux) * Program Kuruldu ve Çalıştırıldı PAKETÇİK SIKIŞTIRICI (BUNCH COMPRESSOR) 1. ELEGANT *Linux) (*Windows, (*Windows, YUUP CD#1 RADYASYON GÜVENLİĞİ 1. EGS (*Windows, *Linux)

19 ASTRA ENJEKTÖR A Space-Charge TRacking Algorithm (2D, 3D!) version: 1.0 Ek programlar: ASTRA GRAFİK PROGRAMLARI Enine halkalardan ve boyuna dilimlerden oluşan grid, uzay yükü hesabı için kullanılan bir modeldir. generator başlangıç durumu parçacık dağılımı üretmek için kullanılır. fieldplot demet hattı elemanlarını ve parçacık dağılımlarının uzay yük alanlarını görüntülemek için kullanılır. postpro parçacık dağılımlarının faz uzayı grafiklerini görüntülemek için kullanılır ve faz uzayı dağılımlarının ayrıntılı analizine imkan sağlar. lineplot demet boyutları, emitans, uzunluk, vs. boyuna demet hattı konumu veya taranan bir parametreye bağlı olarak görüntülenmesi için kullanılır. Bu menu kontrollu grafik programları PGPLOT FORTRAN veya C (ayrıca kurulmalıdır) alt program paketine bağlıdır. Yazılım Ortamı: Windows, Linux, MAC Kullanım Kılavuzu: PDF, PS, DOC dosyaları var, 36 sayfa. Girdi dosyası: Girdi dosyası Fortran 90 formatında, herbir değişken isimleri & işareti ile başlar ve / işareti ile biter. Çıktı dosyası: generator programı çalıştırıldıktan sonra sonucu postpro ile görülebilir, örneğin, generator generator1.in ; postpro FNAL.ini. Astra programı farklı uzunluk ölçeğinde, zaman ölçeğinde veya bir parametrenin değişim ölçeğinde sonuçlar üretir. Örnek, Astra rfgun.in yazıldığında efld.dat, bfld.dat dosyaları isteniyor, sonuçta rfgun.00xy.001 dosyaları oluşur.

20 Uzay Yükü Hesabı Grid ve uzay yükü alanı, değişen paketçik boyutları, yük ve enerjiye göre demet hattı boyunca paketçiğin yayılması olarak ölçeklendirilmiştir. Ölçeklendirme çarpanı kullanıcının tanımladığı sınır değerden büyük olursa yeni bir uzay yükü hesabı otomatik olarak başlatılır.

21 Örnek: Bir bunch ın ASTRA ile hesaplanan radyal elektrik uzay yükü alanı, fieldplot ile çizilmiştir. Düzgün yük yoğunluğu,, 1000 makroparçacık, 10x10 grid hücresi grid çizgileri bunch uzunluğu

22

23

24 Alanlar

25 PARMELA Phase And Radial Motion in Electron Linear Accelerators (2D, 3D!) Parmela demet dinamiği simulasyon programı olarak da bilinir. Bu program rf problemleri için kullanılan FISH programının veya magnet problemleri için kullanılan POISSON programının alan dağılımlarını okumaktadır. Version : 1 Ortam: Linux Kullanım Kılavuzu : Program ile birlikte İletişim/Programın Elde Edilmesi : (ticari program), laacg@lanl.gov Web Sayfası:

26 PARMELA / ASTRA - PROGRAM ALGORİTMASI Uzay yükü kuvvet hesabı: parçacıkların konumları ve alanlar Lorentz dönüşümleri ile demetin durgun çerçevesine dönüştürülür. Burada halkanın içinde sabit yük yoğunluğu olduğu düşünülerek silindirik şeklin halkalarına statik bir kuvvet uygulanmaktadır. Bu algoritma silindirik grid in her bir hücresinde en az 5 parçacık olmasını gerektirir. Noktanokta opsiyonu da olmasına rağmen kullanışsızdır. In the rest frame of bunch, örnek parçacık R r d

27 POISSON RF boşlukları, magnet bileşenleri, elektrostatik elemanlar, ve dalga kılavuzlarının tasarımı için kullanılan 30 dan fazla alt programı içeren, 2D bir program paketidir. Genel olarak hızlandırıcı bileşenleri tasarımı için kullanılır. Bu program SUPERFISH kod ailesinin bir üyesi olduğundan bazen POISSON/SUPERFISH birlikte kullanılıyor. Version: 7 Program : ftp sunucudan elde edilebilir. ftp://sfuser:ftpsuperfish@laacg1.lanl.gov/ Ortam: Windows Kullanım Kılavuzu: Program ile birlikte gelen yardim dosyaları, WEB notları WEB :

28 ÖRNEK: C:\LANL\Examples\Electrostatic\ChargeDensity\CHARGEXY.am (Automesh) dosyasına çift-tıklanarak binary CHARGEXY.t35 dosyası oluşturulur. Bu dosyadan WSFPplot programı ile grafik çizilebilir. Electrostatic problem with space charge 1 nc/cm^3 charge density ; Copyright 1998, by the University of California. ; Unauthorized commercial use is prohibited. &reg kprob=0, dx=0.02,dy=0.02, icylin=0, nbsup=0, nbslo=1, nbslf=1, nbsrt=0 ibound=0, xreg1=.75,xreg2=1.0 yreg1=.75,yreg2=1.0 xjfact=0.0 & &po &po &po &po!!!!!!!!!!! Poisson or Pandira problem Mesh interval at origin Cartesian coordinates Dirichlet boundary condition at upper edge Neumann boundary condition at lower edge Neumann boundary condition at left edge Dirichlet boundary condition at right edge Dirichlet boundary condition on internal bounds X line regions where mesh interval doubles X line regions where mesh interval doubles Electrostatic problem x=4.,y=0. & nt=2,r=4.,theta= 90.,x0=0.,y0=0. & x=0.,y=0. & x=4.,y=0. & &reg mat=1,den=4.d-9 &! DEN is charge density in Coul/cm^3 &po x=0.5,y=0. & &po nt=2,r=0.5,theta=90.,x0=0.,y0=0. & &po x=0.,y=0. & &po x=0.5,y=0. &

29

30 PLACET* Demet dinamiği simulasyonu yapan, artık alanların (wakefields) bulunduğu linak içinde hızlandırma ve yavaşlatma birimlerinde demet dinamiğinin simulasyonu için kullanılır. Tek ve çoklu paketçik etkilerini araştırmaya imkan sağlar. Program çerçevesinde örnek çalışmalar daha çok TESLA, ILC ve CLIC için yapılmıştır. Placet aynı zamanda bir TCL-yorumlayıcısıdır, hızlandırıcı tasarımları için özel komutlar içermektedir. Ayrıca, kullanıcı uygulamaya özgü komutları ekleyebilir. Grafikler için TK komutlarını kullanmak mümkündür. Böylece script dili olarak TCL ve grafik ortami için de TK komutlarının kullanılması için bir çerçeve (framework) sağlamaktadır. Burada daha çok programın derlenip çalıştırılması ve örneklerin yapılması ile ilgili önemli noktalar verilmiştir. TCL ve TK dillleri ile ilgili bilgiler sayfasından elde edilebilir. *D. Schulte (A. Latina)

31 PLACET ile Linak Sim. Demet hattı tanımı Quadrupole -length 0.1 -strength 2.0 Drift -length 1.0 Demet düzenlenimi ve izleme DriveBeam beam0 -bunches 1 \... TwissPlot beam0 -file twiss.dat parametrelerinin çizilmesi) (örgünün twiss Demetin düzeltilmesi TestSimple Correction -beam beam0 -machines 100 -emitt_file emitt.dat

32 Örnek: 10 FODO hücresi, 3m kuadrupol aralığı, 10 cm kuadrupol uzunluğu, 1 GeV'lik parçacık için kuadrupol odak erişimi 0.5 m^-1, 1 GeV enerjili demet, twiss.dat dosyasında demet hattı boyunca beta fonksiyonu, MatchFodo: hesaplanır başlangıç twiss parametreleri TwissMain (beam.dat dosyası oluşturur) Input: beam.dat (wakefield bilgisi içerir)

33 Yatay beta fonksiyonu beta_x2in s'ye göre değişimi

34 PLACET ÖRNEK 1) ILC linak içinde izleme : $.> placet run.tcl linak boyunca emit_y goösterilmesi: $.> gnuplot gnuplot> plot 'emitt.dat' u 1:6 w l ÖRNEK 2) ILC linak'ı için grafik: $.> placet -w view.tcl ÖRNEK 3) ILC linak boyunca twiss parametrelerinin 's' ye göre çizilmesi: $.> placet twiss.tcl $.> gnuplot gnuplot> plot 'twiss.dat' u 2:7 ti "alpha_x" w l gnuplot> plot 'twiss.dat' u 2:11 ti "alpha_y" w l gnuplot> plot 'twiss.dat' u 2:6 ti "beta_x" w l gnuplot> plot 'twiss.dat' u 2:10 ti "beta_y" w l

35 BeamLineView komutu ile oluşturulan bir pencere

36 Yatay beta fonksiyonu beta_x'in s'ye göre değişimi

37 GENESIS - SASE FEL Zamana bağımlı, üç boyutlu bir SEL simulasyon kodudur. Yükselteç ve SASE SEL modlarında çalışır. Işınım alanının elektron demeti ile etkileşimini salındırıcı veya zigzaglayıcının alanına bağlı olarak simüle eder. Orijinal olarak Fortran dilinde, Sven REICHE tarafından doktora tezinin bir parçası olarak yazılmıştır. Daha sonra programın C++ sürümü de yazılmıştır. Version: 1.0 ve 1.3 Ortam: Windows, Linux Kullanım Kılavuzu: Web sayfasından indirilebilir PDF ve HTML Web sayfası: Girdi: Bütün girdi parametreleri FORTRAN uyumlu. (PEGASUS FEL) Kızılötesi Serbest-Elektron Lazeri, (VISA FEL) Görünür bölgede Serbest-Elektron Lazeri, (TTF FEL) VUV bölgesinde SEL, (LCLS FEL) X-ışını SEL, (TESLA FEL) super-iletken lineer hızlandırıcı temelinde X-ışını SEL. Çıktı: Ana çıktı dosyası ASCII formatında ve üç kısımdan oluşuyor: başlık, genel parametreler ve her bir dilim için parametreler. Çalıştırma: genesis input: tesla.in output: orhan_tesla.ou

38 &newrun Genesis 1.3 Salındırıcı, elektron demeti, ışınım, parçacık yükleyici, ağ (mesh), odaklama, zaman bağımlılığı, simülasyon kontrolü, tarama ve giriş-çıkış kontrol parametreleri olmak üzere toplam ~ 100 parametresi vardır. Yanda tesla.in girdi dosyası verilmiştir. Genesis in çıktı dosyası ayrı bir grafik programı ile görsel hale getirilebilir. Bunun için IDL Virtuel Machine programı gibi grafik programları kullanılmaktadır. Aşağıda bu şekildeki bir program kullanılarak oluşturulmuş VISA FEL ışıma gücü grafiği görülmektedir. AW0 = D+00 XKX = D+00 XKY = D+00 XLAMD = D-02 FBESS0= D-01 IWITYP= 0 AWD = D+00 NPART = 8192 GAMMA0= D+04 DELGAM= D+00 RXBEAM= D-05 RYBEAM= D-05 ALPHAX= D-01 ALPHAY= D+00 EMITX = D-06 EMITY = D-06 XLAMDS= D-11 PRAD0 = D+03 ZRAYL = D+01 ZWAIST= D+00 NCAR = 151 RMAX0 = D+00 NBINS = 4 NSCR = 0 NSCZ = 0 NPTR = 40 NWIG = 100 ZSEP = D+00 DELZ = D+00 NSEC = 50 ZSTOP = 250 MAGIN = 1 QUADF = D+01 QUADD = D+01 FL = D+00 DL = D+00 DRL = D+00 F1ST = D+00 CURPEAK= D+03 ITDP = 0 ISRSIG= 1 MAGINFILE= tesla.lat $end

39 GINGER Çok boyutlu (alanlar için r,z,t ve makroparçacıklar için x,y,z,t) polikromatik FEL simulasyon kodudur. Kullanım klavuzu web adresinde stanford.edu/lcls/technotes/lcls-tn-04-3.pdf bulunabilir. Programın çıktılarının grafiksel olarak izlenmesi için XPLOTGIN programı kullanılmaktadır. FORTRAN 90 ile yazılmıştır. Programın dağıtımı NERSC tarafından yapılmaktadır, yazarından istek üzerine elde edilebilir. Windows, Linux vd. platformlar için yazılımlar vardır. Programın istek adresi dur. Programın çalıştırılması xginger r run_name şeklindedir. GINGER çalıştırıldığında bir veri dosyası datfile oluşturacaktır. Bir grafik programı ile veriler görüntülenebilir. Fortran ve C programlama ile grafiklerin oluşturulması için yardımcı bir program DISLIN adresinden elde edilebilir, programın kendi grafik subroutine ve fonksiyonları kullanılmaktadır.

40 Ginger ın Windows Altında Çalıştırılması Ginger sürümü: gnx_ f Çalıştırma: xginger r= çalışma_adı [i= girdi dosyası ] [b= bw dosyası ] [t= örnek dosya ] [f= alan dosyası ] [rs= yeniden baslama dosyası ] [v={özel girdi dosyası}] Örnek: xginger v={current=3350.} r=orhan1 i=infakt3 b=bwfakt3 Sonuç: datorhan1 ve spcorhan1 dosyaları oluşmaktadır. Burada datorhan1 dosyasından gnuplot ile grafik çizilebilir. Lazer gücünün z ye göre değişimi

41 PROMETEO SEL dinamik denklemlerinin Neil formülünü ve Prosnitz, Szoke nin değiştirilmiş versiyonununa dayalı çok parçacıklı bir boyutlu simülasyon programıdır. Orijinal model demet emittansının etkilerini ve salındırıcı hatalarını içerecek şekilde genelleştirilmiştir. Osilatör ve SASE SEL modlarında salındırıcı ve optik klaystron ve bölmeli undulatörleri içerecek şekilde temel ve yüksek dereceli harmoniklerin hesaplamasında kullanılır. Bu SEL simulasyon programlarının (GINGER, MEDUSA, PROMETEO) karşılaştırmalı analizleri SLAC-PUB-9439 (2002) önbasımından bulunabilir. Yazarından istek üzerine program ve kullanım kılavuzu elde edilebilir, Kullanım kılavuzu şeklinde bir teknik rapor bulunmaktadır: G. Dattoli, M. Galli, and P.L. Ottaviani, 1-dimensional simulation of FEL including high gain regime saturation, prebunching and harmonic generation, ENEA internal report RT/INN/93/09 (1993). Birinci ve üçüncü harmonik gücün yüksek kazanç rejiminde hesabı: λu=6 cm, K=1.4, J= A/m2; e-demeti bağıl enerji yayılımı σε = (1-D program PROMETEO).

42 ELEGANT PAKETÇİK SIKIŞTIRICI ELEctron Generation ANd Tracking (ELEGANT), parçacık dağılımlarını üretmede ve onları izlemede kullanılan 6D hızlandırıcı programıdır. ları tanımlamak için MAD programının giriş formatını kullanır. Bunlar iletim hatları, dairesel makineler veya bunların birleşimi olabilir. Sürüm: Yazılım: Program C dili ile yazılmıştır. Web adresi Ortam: Windows ve linux işletim sistemleri ile çalışır. Kullanım Kılavuzu: yukarıdaki web adresinden html formatında görüntülenebilir. Çalıştırma: Program komut satırından çalıştırılıyor. Örneğin, elegant dtsweep opsiyon şeklinde çalıştırmadan sonra çıktı dosyası elde ediliyor. Yanda dtsweep.ele girdi dosyası verilmiştir. Bu girdi dosyasının yapısı, &<namelist-name> <variable-type> <variable-name> = <defaultvalue>;... &end şeklindedir. Elegant çıktıları SDDS paket programı yardımıyla görüntülenebilir. Bu program da yukarıdaki web sayfasından istek uzerine indirilebilmektedir. &run_setup lattice = dtsweep.lte, default_order = 2, use_beamline = LINAC, rootname = dtsweep, final = %s.fin, p_central = &end &run_control n_indices = 1, reset_rf_for_each_step = 0, first_is_fiducial = 1 &end &vary_element name=malin, item=dt, enumeration_file = dtsweep.sweep, enumeration_column = Dt &end &bunched_beam n_particles_per_bunch = 10000, one_random_bunch=1, emit_x = 4.6e-8, emit_y = 4.6e-8, beta_x = 10, alpha_x = 1, beta_y = 10, alpha_y = 1, sigma_dp = 0.001, sigma_s = 650e-6, distribution_type[0] = 3*"gaussian", distribution_cutoff[0] = 3*3, symmetrize = 1, enforce_rms_values[0] = 1,1,1, &end &track &end

43 EGS RADYASYON GÜVENLİĞİ Electron Gamma Shower (EGS), birkaç kev den TeV e kadar enerjilerde parçacıklar için istenen bir geometride elektronların ve fotonların çiftli yayılımlarının simulasyonunu yapan genel amaçlı bir program paketidir. Uygulandığı alanlar yüksek enerji fiziği ve medikal fizik. Bu programa bazen, klinik radyasyon dozimetresi için bir standart olarak bakılmaktadır. Sürüm: 4 Sistem: Windows, Linux Dağıtım: e.html Kullanım Kılavuzu: web üzerinden program hakkında bir ön bilgi elde edilebilir.

44 Türk Merkezi (THM) Türk Merkezinde (THM) : e- linak (1 GeV) e+ halka (3.56 GeV) Dairesel ların iki önemli özelliği (tasarım), Yörünge yarıçapının sabit olması, SR Eşzamanlılık Linakların iki önemli özelliği, Linak boyu, Alan gradyenti, ~O(100) V/m Yüksek yoğunluklu demet, <1 mikron

45

46

47 Basit Makine Tanımlaması (MADX format) Dipol ve quadrupol tanımları Halkadaki elemanların merkezi konumları

48 Depolama Halkası, YENİ Enerji (GeV) 3,56 Çevre (m) 264 Demet Akımı (ma) 216 Tur Başına Enerji Kaybı (kev) Sönüm Zamanları tx,ty,tz (ms) 1163,2 5.4, 5.4, 2.6 Ayar (Qx,Qy) 11.5, 2.4 Chromaticity ηx,ηy -18, -39 Sinkrotron Ayarı 0.1 Harmonik Sayısı 442 RF Frekansı (MHz) Enerji Yayılması (%) 0.09 Momentum Compaction Yayınım (nm rad)

49

50 Işınım Kaynaklarının unda Kullanılan Diğer Bu yazılımların hangi ortamda çalıştıkları ve genel anlamda ne yaptıkları aşağıda tanımlanmıştır. XOP, SPECTRA (Windows) Eğici magnet, salındırıcı magnet ve zigzaglayıcı magnet ışınımlarını, özellikle elektron demeti parametreleri ile ilişkilendirerek, ışınımın akı, parlaklık güç v.b. fiziksel parametreleri incelemeye yarayan bir program.

51

52 PARALEL HESAPLAMA ve SİMULASYON: Paralelleştirilmiş ASTRA Programının Kullanılması Örnek bir yapı: ikinci yapı: 11 makine, herbiri 11 makine, herbiri 2x Intel Pentium IV (2 GHz) 1 GB memory tac1s0 tac101 tac110 geliştirme hesaplama hesaplama 2x Intel Pentium IV (2 GHz) 1 GB memory tac2s0 geliştirme tac201 hesaplama tac210 hesaplama

53 Yazılım MPI the Message Passing Interface, paralel programlamayı destekleyen kütüphanelerin bir standartıdır. Astra MPICH kütüphanesini kullanır ve Unix/Windows sistemlerde çalışabilir. Astra statik linkli ikili dosyalar olarak bulunmaktadır, tek işlemcide çalıştırırken MPICH çerçevesi gerekli değildir. process A MPI_Send( ) process B MPI_Recv( )

54 Parallelleştirme Şeması İzleme (tracking) süreci sıralıdır, herbir izleme adımı en sonuncuya bağlıdır. İşi paralelleştirme N parçacığı P işlem arasına dağıtmaktır. single process N particles

55 Performans P proses kullanmak çalışma zamanını T den T/P ye azaltır. However, some tasks cannot be carried out in parallel: Disk I/O faz uzayı dosyalarının yazımı vs. Ağ I/O prosesler arasında iletişim Tüm parçacık operasyonları emittans hesabı, uzay yükü alanı proses 0 parcacik 0 N/P-1 proses 1 parcacik N/P 2N/P-1 proses N-2 parcacik (N-2)N/P (N1)N/P-1 proses N-1 parcacik (N-1)N/P N

56 Çalıştırma: Login tacs0 veya tac2s0. Astra yı başlatın, 20 işlemci kullanıma girecekir. mpirun np 20 Astra dosyaadı.in Örnek: 10 m drift parçacık, 100 emittans hesabı, bir işlemcide 3 saat zaman alırken, 20 işlemcide 12.5 dakika alacaktır.

57 International Computational Accelerator Physics Conference (ICAP) tasarımı ve simulasyonlar ile ilgili bazı linkler, (Sept , 1998, Monterey, California, USA) (October 15-18, 2002, MSU, USA) (June 29-July 2, 2004, St. Petersburg, Russia) (October 2-6, 2006, Chamonix Mont-Blanc, France)

58 SONUÇ olarak, Günümüz hızlandırıcıları ileri teknoloji ürünü, birçok uygulamanın yapılabildiği makineler olduğundan, hızlandırıcı fiziği ile ilgili sayısal hesaplamalar da oldukça önemlidir. için bir model belirlendikten sonra programlama dilleri veya program paketleri kullanarak tasarım çalışmaları yapılabilir, simulasyon ise en iyi (optimal) tasarımı bulmada yardımcı olmaktadır. Öncelikle, kullanılacak programın kılavuzu öğrenilmeli, ortam değişkenleri tanımlanmalı ve başka paketlere ihtiyaç duyup duymadığı belirlenmelidir. Daha sonra, simulasyon için programın çalışabileceği girdi dosyaları hazırlanıp, çoklu bilgisayar ortamında iş tanımlama dosyaları hazırlanabilir. Yapılan tasarımların uluslararası ortamlarda tartışılması, uluslararası işbirliğine girilmesi, düzenlenen kongre, çalıştay ve yaz okullarına öğrencilerin katılımının sağlanması Ülkemizde bu alanın gelişmesi için oldukça önem taşımaktadır.

59 Teşekkürler...