Simulationswerkzeuge für die Berechnung hochintensiver Ionenbeschleuniger

Tools for simulation of high beam intensity ion accelerators

  • Es wurde eine neue Routine zur Berechnung der Raumladungskräfte basierend auf einer schnellen Fourier-Transformation entwickelt und in das Teilchensimulationsprogramm LORASR integriert. Dadurch werden einzelne oder bis zu mehreren 100 Simulationen im Batch-Modus mit je 1 Million Makroteilchen und akzeptablen Rechenzeiten ermöglicht. Die neue Raumladungsroutine wurde im Rahmen der Europäischen „High Intensity Pulsed Proton Injectors” (HIPPI) Kollaboration erfolgreich validiert. Dabei wurden verschiedene statische Vergleichstests der Poisson-Solver und schließlich Vergleichsrechnungen entlang des Alvarez-Beschleunigerabschnittes des GSI UNILAC durchgeführt. Darüber hinaus wurden Werkzeuge zum Aufprägen und zur Analyse von Maschinenfehlern entwickelt. Diese wurden erstmals für Fehlertoleranzstudien an der IH-Kavität des Heidelberger Therapiebeschleunigers, am Protonen-Linearbeschleuniger für das FAIR Projekt in Darmstadt sowie am Vorschlag eines supraleitenden CH-Beschleunigers für die “International Fusion Materials Irradiation Facility” (IFMIF) eingesetzt.
  • A new particle-in-cell space charge routine based on a fast Fourier transform was developed and implemented to the LORASR code. It provides the ability to perform up to several 100 batch run simulations with up to 1 million macroparticles each within reasonable computation time. The new space charge routine was successfully validated in the framework of the European “High Intensity Pulsed Proton Injectors” (HIPPI) collaboration: Several static Poisson solver benchmarking comparisons were performed, as well as particle tracking comparisons along the GSI UNILAC Alvarez section. Moreover machine error setting routines and data analysis tools were developed and applied on error studies for the “Heidelberg Cacer Therapy” (HICAT) IH-type drift tube linear accelerator (linac), the FAIR Facility Proton Linac and the proposal of a linac for the “International Fusion Materials Irradiation Facility” (IFMIF) based on superconducting CH-type structures.

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Metadaten
Author:Rudolf Tiede
URN:urn:nbn:de:hebis:30-67862
Referee:Ulrich Ratzinger, Horst Klein
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2009/07/21
Year of first Publication:2009
Publishing Institution:Universitätsbibliothek Johann Christian Senckenberg
Granting Institution:Johann Wolfgang Goethe-Universität
Date of final exam:2009/07/09
Release Date:2009/07/21
Tag:beam dynamics; particle accelerators
GND Keyword:Teilchenbeschleuniger; Strahldynamik
HeBIS-PPN:214074277
Institutes:Physik / Physik
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 53 Physik / 530 Physik
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht