亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        ERL-FEL損失源項(xiàng)的FLUKA整體建模及驗(yàn)證

        2016-08-10 06:33:12馬忠劍石皓嶼李冠稼郭思明中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所北京100049
        核技術(shù) 2016年7期
        關(guān)鍵詞:束流加速器垃圾桶

        徐 超 馬忠劍 石皓嶼 李冠稼 郭思明(中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所 北京 100049)

        ?

        ERL-FEL損失源項(xiàng)的FLUKA整體建模及驗(yàn)證

        徐 超馬忠劍石皓嶼李冠稼郭思明
        (中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所北京 100049)

        中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所提出了ERL-FEL (Energy recovery linac- Free electron laser)“一機(jī)兩用”的概念,通過(guò)同一直線加速器將能量回收加速器(Energy recovery linac, ERL)和自由電子激光(Free electron laser, FEL)結(jié)合到一起。本文討論ERL-FEL兩用實(shí)驗(yàn)裝置主體屏蔽設(shè)計(jì)中,利用離散抽樣的方法實(shí)現(xiàn)多個(gè)損失源項(xiàng)的整合,在同一FLUKA用戶程序中實(shí)現(xiàn)多源抽樣,并將蒙特卡羅計(jì)算結(jié)果與各源項(xiàng)獨(dú)立處理的累積結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。計(jì)算表明,兩者的結(jié)果吻合較好?;谑鲹p失源項(xiàng)整體建模的方法適用于其他小型直線加速器的整體屏蔽計(jì)算,可方便在其他裝置上擴(kuò)展應(yīng)用。

        FLUKA,用戶程序,離散抽樣,可擴(kuò)展性,ERL-FEL

        本文利用離散抽樣的方法實(shí)現(xiàn) ERL裝置多個(gè)損失源項(xiàng)的整合,在同一FLUKA用戶程序中實(shí)現(xiàn)多源抽樣,并和多個(gè)源項(xiàng)分開(kāi)處理的累積結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明兩者符合較好;然后修改多源抽樣用戶程序的參數(shù),擴(kuò)展到FEL裝置屏蔽設(shè)計(jì)中。

        1 設(shè)計(jì)方法

        在屏蔽設(shè)計(jì)中,國(guó)際上普遍采用半經(jīng)驗(yàn)的分析方法和蒙特卡羅方法。半經(jīng)驗(yàn)方法很大程度上依賴于設(shè)計(jì)者的主觀經(jīng)驗(yàn)[2],可對(duì)蒙特卡羅計(jì)算進(jìn)行簡(jiǎn)單驗(yàn)證。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步和蒙特卡羅算法的改進(jìn),蒙特卡羅程序可以解決復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的屏蔽問(wèn)題,并得到高精度的計(jì)算結(jié)果。

        1.1FLUKA簡(jiǎn)介

        FLUKA[2]是由意大利國(guó)立核物理研究所開(kāi)發(fā)的一個(gè)計(jì)算粒子輸運(yùn)和粒子與物質(zhì)相互作用的通用計(jì)算工具,可以模擬幾十種不同的粒子,處理非常復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)。Flair和SimpleGeo是FLUKA的輔助軟件,可以方便編寫(xiě)一定格式的FLUKA用戶程序,查看幾何結(jié)構(gòu)和劑量分布。

        本文在使用FLUKA建立幾何模型時(shí),引入方差減小技巧,將主體墻由內(nèi)向外劃分許多區(qū)域,對(duì)粒子由內(nèi)向外分別賦予倍增的區(qū)域重要性,使其在區(qū)域邊界分裂,可有效降低計(jì)算結(jié)果的統(tǒng)計(jì)誤差[3]。

        1.2損失源項(xiàng)

        ERL-FEL裝置簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)如圖 1所示。其中PM1/PM2/PM3以及Inject PM表示準(zhǔn)直器的位置,Dump1和Dump2表示垃圾桶所在的位置。加速腔、支撐部件、調(diào)頻器、冷卻系統(tǒng)等加速器結(jié)構(gòu)部件等用內(nèi)徑3 cm、厚度1 cm的鐵圓柱管道代替,管道內(nèi)填充真空;屏蔽層由1-8號(hào)墻以及頂板9部分組成,分別填充密度為2.27 g·cm-3的混凝土。裝置主要的束流損失點(diǎn)包括注入準(zhǔn)直器(Inject PM)、Merger準(zhǔn)直器(PM3)、環(huán)中準(zhǔn)直器(PM1/PM2)、束流管線(Line-source)以及垃圾桶(Dump1和Dump2),其具體的束流損失率[1,4]如表1所示。

        圖1 ERL-FEL裝置的簡(jiǎn)化模型Fig.1 Simplified model of the ERL-FEL.

        表1 ERL-FEL損失源項(xiàng)Table 1 The lost sources of ERL-FEL.

        1.3多源抽樣

        目前,F(xiàn)LUKA處理加速器多個(gè)損失源項(xiàng)的方法一般是首先以多個(gè)獨(dú)立損失源項(xiàng)分開(kāi)模擬,然后通過(guò)輔助軟件對(duì)所有結(jié)果做累計(jì)處理[3]。本文采用離散抽樣方式對(duì)加速器所有損失源項(xiàng)進(jìn)行統(tǒng)一抽樣,編寫(xiě)至一個(gè)FLUKA用戶源程序Source.f中,進(jìn)行加速器屏蔽厚度的設(shè)計(jì)。由于ERL和FEL是交叉運(yùn)行的模式,故需要對(duì)ERL和FEL分別進(jìn)行屏蔽設(shè)計(jì)。本文先對(duì)ERL的源項(xiàng)進(jìn)行抽樣編寫(xiě)可拓展的源項(xiàng)程序,再將其應(yīng)用到FEL裝置中。

        對(duì)于任意離散型分布,服從式(1):

        式中:XF表示由已知分布F(X)中產(chǎn)生的簡(jiǎn)單子樣的個(gè)體;ζ是屬于[0,1]的隨機(jī)數(shù)。

        對(duì)應(yīng)于 ERL中的源項(xiàng)所構(gòu)成的離散分布,Pi代表ERL各損失點(diǎn)處的損失率,其具體的抽樣過(guò)程如圖2所示。對(duì)于點(diǎn)源情況,一次抽樣決定其能量、方向等參數(shù),對(duì)于線源,需要在一次抽樣的基礎(chǔ)上進(jìn)行第二次均勻抽樣。這樣便可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)點(diǎn)源和線源同時(shí)寫(xiě)入一個(gè)FLUKA源項(xiàng)程序。由于研究問(wèn)題的角度不同,本文對(duì)準(zhǔn)直器和束流管等模型進(jìn)行了相應(yīng)的簡(jiǎn)化。

        圖2 ERL離散抽樣過(guò)程Fig.2 Discrete sample process of ERL.

        1.4束流管均勻損失模型

        電子打在管壁上方向與束流中心的角度很小,約為 1o,電子均勻打在管壁上。這時(shí)電子在 1 cm厚管壁上走過(guò)的直線長(zhǎng)度為1 cm/tan1o=57.47 cm,即等效靶的厚度為57.47 cm。均勻損失模型的抽樣主要包括兩個(gè)方面:一是電子出射方向的抽樣,讓損失的電子以束流方向成 1o的發(fā)射角打在束流管上;二是電子的位置抽樣,讓損失的電子在一個(gè)與束流管側(cè)面很接近的假想同軸圓柱面上均勻分布。通過(guò)函數(shù)FLRNDM產(chǎn)生一個(gè)0-1(不包括1)的浮點(diǎn)小數(shù)實(shí)現(xiàn)電子抽樣。電子抽樣物理學(xué)模型[5]如下:

        圖3 束流線源模型Fig.3 Simplified model of the beam tube model.

        位置抽樣:

        方向抽樣:

        式中:(x, y, z)和(u, v, w)分別為抽樣粒子的位置坐標(biāo)和方向余弦;ε1為隨機(jī)抽樣參數(shù);R0為抽樣粒子所在處假想圓柱面半徑;z1、z2為束流管兩端的軸向坐標(biāo);θ0是抽樣粒子的發(fā)射角。

        1.5垃圾桶模型

        由于空間的限制,本項(xiàng)目的垃圾桶的設(shè)計(jì)是埋在地下,其剖面示意圖如圖4所示。

        圖4 垃圾桶的簡(jiǎn)化模型Fig.4 Simplified model of the beam dump.

        垃圾桶主要由鐵靶以及包裹在外的混凝土構(gòu)成,束流垂直打在垃圾桶中,如圖1中Dump1和Dump2所示,垃圾桶埋放在所示位置地下0.5 m處。

        1.6準(zhǔn)直器模型

        準(zhǔn)直器模型的機(jī)器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,每個(gè)準(zhǔn)直器的主體結(jié)構(gòu)也基本相同,均由一對(duì)水平和垂直方向的束流刮片、通過(guò)調(diào)節(jié)連桿與束流刮片相連的銅散熱片、包圍束流刮片和束流管的鐵屏蔽、以及周圍鐵屏蔽的外部混凝土屏蔽組成[6]。為簡(jiǎn)化準(zhǔn)直器的模型,采用點(diǎn)靶替換法的模型來(lái)處理,在考慮主體墻的屏蔽時(shí)暫不考慮準(zhǔn)直器局部屏蔽。具體思路是:讓電子恰好通過(guò)一定厚度的鎢靶。對(duì)于注入準(zhǔn)直器和Merger準(zhǔn)直器對(duì)應(yīng)的電子能量為5 MeV,對(duì)于環(huán)中準(zhǔn)直器對(duì)應(yīng)能量為35 MeV,利用1-100 MeV電子在不同物質(zhì)中的射程擬合公式[6]計(jì)算相應(yīng)的鎢靶厚度:5 MeV對(duì)應(yīng)的靶厚度為1.65 mm,35 MeV對(duì)應(yīng)的靶厚度為7.98 mm。

        2 結(jié)果分析及應(yīng)用

        2.1結(jié)果分析

        2.1.1整體源項(xiàng)程序與各源項(xiàng)獨(dú)立處理后累積結(jié)果的劑量分布圖對(duì)比

        當(dāng)墻體外加有1.5 m的混凝土屏蔽時(shí),利用flair軟件分別獲得從不同方向投影的等效劑量分布如圖5所示。這里的劑量是直接利用 USRBIN卡的DOSE-EQ參數(shù)獲得的等效劑量,包括光子以及中子的總劑量。

        圖5 ERL等效劑量分布圖?。╝) Z方向投影,(b) X方向投影Fig.5 Equivalent dose distribution of ERL. (a) From Z, (b) From X

        利用以往的方法,進(jìn)行模擬時(shí),從每個(gè)束流損失源項(xiàng)出發(fā),通過(guò)模擬得到各自的劑量結(jié)果,然后將結(jié)果進(jìn)行合并處理,得到的劑量分布如圖6所示。

        圖6 ERL等效劑量分布圖?。╝) Z方向投影,(b) X方向投影Fig.6 Equivalent dose distribution of ERL. (a) From Z, (b) From X

        由圖6可知,每個(gè)束流損失點(diǎn)所造成的劑量分布都可以很清楚地呈現(xiàn)在同一劑量分布圖中,并且整體源項(xiàng)程序與各源項(xiàng)獨(dú)立處理后累積結(jié)果的劑量分布的結(jié)果基本一致。

        2.1.2整體源項(xiàng)程序與各源項(xiàng)獨(dú)立處理后累積結(jié)果的劑量數(shù)值對(duì)比

        取原有墻體厚度(0.3 m)屏蔽時(shí)獲得1號(hào)、4號(hào)、7號(hào)、8號(hào)墻體屏蔽后方的等效劑量的結(jié)果如表2所示,兩者的計(jì)算結(jié)果基本都維持在同一數(shù)量級(jí),數(shù)值上也只存在細(xì)微的差別。

        表2 ERL屏蔽計(jì)算結(jié)果比較Table 2 The comparison of the shielding results.

        2.2擴(kuò)展應(yīng)用

        對(duì)于 FEL部分,抽樣方法同理,只需要修改source.f中損失源項(xiàng)的損失比例參數(shù),包括束流損失的位置、方向、能量以及點(diǎn)源或線源抽樣的選擇。由此得出FEL的劑量分布如圖7所示。

        圖7 FEL等效劑量分布圖?。╝) Z方向投影,(b) X方向投影Fig.7 Equivalent dose distribution of FEL. (a) From Z, (b) From X

        3 結(jié)語(yǔ)

        由上分析可知,在加速器屏蔽優(yōu)化設(shè)計(jì)中,利用離散抽樣的方法對(duì)多個(gè)損失源項(xiàng)進(jìn)行整合,在同一FLUKA用戶程序Source.f中實(shí)現(xiàn)多源抽樣的方法是可行的,此方法可拓展應(yīng)用到其它加速器的防護(hù)設(shè)計(jì),特別是針對(duì)醫(yī)用、工業(yè)等加速器防護(hù)設(shè)計(jì)中空間小、損失源項(xiàng)過(guò)多的情況,有一定參考價(jià)值。

        1崔小昊. ERL-FEL兩用實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)及相關(guān)動(dòng)力學(xué)研究[D]. 北京:中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所, 2013

        CUI Xiaohao. Lattice design and beam dynamics study of ERL-FEL test-facility at IHEP[D]. Beijing:Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences,2013

        2徐玉海, 夏曉彬, 王光宏, 等. 基于束流線源模型自由電子激光器主體墻的屏蔽設(shè)計(jì)[J]. 核技術(shù), 2014, 37(6):060101. DOI:10.11889/j.0253-3219.2014.hjs.37.060101

        XU Yuhai, XIA Xiaobin, WANG Guanghong, et al. Shielding design of free electron laser's main wall based on the line-source sampling physical model[J]. Nuclear Techniques, 2014, 37(6):060101. DOI:10.11889/j. 0253-3219.2014.hjs.37.060101

        3吳青彪. 中國(guó)散裂中子源感生放射性研究[D]. 北京:中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所, 2014

        WU Qingbiao. Study on induced radioactivity of China spallation neutron source[D]. Beijing:Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences, 2014

        4Matsumura H, Hozumi K, Haga K, et al. Design for radiation protection of compact ERL in KEK[R]. Tsukuba:KEK, 2013

        5馬忠劍. CSNS輻射場(chǎng)分析及中子劑量探測(cè)技術(shù)研究[D].北京:中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所, 2010

        MA Zhongjian. Analysis of CSNS radiation field and research on detection of neutron dose equivalent[D]. Beijing:Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences, 2010

        6邵文成. 醫(yī)用電子直線加速器輻射防護(hù)和質(zhì)量控制的Monte Carlo方法研究[D]. 哈爾濱:黑龍江大學(xué), 2009

        SHAO Wencheng. The Monte Carlo method uesd in radiation protection and quality control of medical electron linear accelerator[D]. Harbin:Heilongjiang University, 2009

        The realization and verification of integrated modeling of the losing source items by using FLUKA for ERL-FEL

        XU ChaoMA ZhongjianSHI HaoyuLI GuanjiaGUO Siming
        (Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

        Background: The study of the ERL-FEL (Energy recovery linac- Free electron laser) is in progress at IHEP (Institute of High Energy Physics). It's necessary to shield the radiation of the ERL-FEL. Purpose: This thesis mainly discusses how to use FLUKA to write the source file of the ERL-FEL to optimize shielding design. Methods: The discrete sampling method was used to integrate multiple lost sources in one source file and a comparison was made between the whole source simulation results and the accumulative total of all the independent source processing results. Results: The result shows that they are exactly similar. Conclusion: The discrete sampling method based on the beam loss source is suitable for the small electron linear accelerator shielding calculation, and it's also conducive to the expansion of the user program source in different devices.

        FLUKA, Source file, Discrete sampling, Extensible, ERL-FEL

        第四代同步輻射光源仍處于研究階段,但得到大家公認(rèn)的是能量回收加速器和自由電子激光都是潛力非常大的第四代光源。ERL-FEL (Energy recovery linac- Free electron laser)裝置[1]通過(guò)同一臺(tái)直線加速器將能量回收加速器和自由電子激光結(jié)合到一起。電子在各區(qū)段輸運(yùn)時(shí),電子的空間電荷效應(yīng)會(huì)增大束流的發(fā)散度,偏離束流中心而形成束暈粒子,束暈粒子在振幅很大時(shí),很容易丟失在器壁上,引起束流損失;在脈沖運(yùn)行模式下,瞬態(tài)束流負(fù)載效應(yīng)也會(huì)引起粒子丟失;束流準(zhǔn)直誤差也會(huì)引起束流損失。束流損失不僅限制了束流的提高,而且?guī)?lái)了輻射屏蔽等方面的一系列問(wèn)題。高能電子加速器正常運(yùn)行時(shí),損失的電子(E>10 MeV)與加速器結(jié)構(gòu)材料(如真空管、支撐結(jié)構(gòu))相互作用,產(chǎn)生的光子與加速器材料發(fā)生光核反應(yīng)產(chǎn)生中子[2],在屏蔽層外形成泄漏劑量率,對(duì)工作人員甚至公眾帶來(lái)直接的放射性危害。嚴(yán)格控制粒子損失率是降低輻射屏蔽設(shè)計(jì)難度、減小加速器隧道感生放射性的有效途徑。

        XU Chao, male, born in 1991, graduated from University of South China in 2014, master student, major in nuclear technology and applications

        TL77

        10.11889/j.0253-3219.2016.hjs.39.070503

        中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項(xiàng)(No.XDA03021901)資助

        徐超,男,1991年出生,2014年畢業(yè)于南華大學(xué),現(xiàn)為碩士研究生,核技術(shù)及應(yīng)用專業(yè)

        Supported by Strategic Priority Research Program of Chinese Academy of Sciences (No.XDA03021901)

        2016-03-01,

        2016-05-05

        猜你喜歡
        束流加速器垃圾桶
        輪滑加速器
        化學(xué)工業(yè)的“加速器”
        全民小康路上的“加速器”
        垃圾桶等
        投進(jìn)垃圾桶的信
        投進(jìn)垃圾桶的信
        飛進(jìn)垃圾桶
        高能同步輻射光源低能束流輸運(yùn)線設(shè)計(jì)研究
        中國(guó)散裂中子源加速器注入束流損失調(diào)節(jié)研究
        等待“加速器”
        国产精品无码人妻在线| 91大神蜜桃视频在线观看| 黄片国产一区二区三区| 大又大又粗又硬又爽少妇毛片| 青青草97国产精品免费观看| 国产亚洲午夜精品| 日韩国产一区二区三区在线观看| 超碰国产精品久久国产精品99| 亚洲色欲色欲综合网站| 97精品国产91久久久久久久 | 国产在线观看入口| 久久一二三四区中文字幕| 亚洲女人毛茸茸粉红大阴户传播 | 国产av在线观看一区二区三区| 免费高清av一区二区三区| 免费网站国产| 日韩av他人妻中文字幕| 日本道免费一区二区三区日韩精品 | 精品久久久bbbb人妻| 亚洲国产高清在线一区二区三区 | 国产精品美女自在线观看| 久久久99精品成人片| 国产超碰人人模人人爽人人喊| 久久久久国产精品片区无码| 国产精品日韩亚洲一区二区| 人妻饥渴偷公乱中文字幕| 免费人成又黄又爽的视频在线 | 日韩经典午夜福利发布| 国产女女精品视频久热视频 | 久久aaaa片一区二区| 欧美黑人粗暴多交高潮水最多| 中国免费av网| 在线观看麻豆精品视频| 日韩吃奶摸下aa片免费观看| 亚洲国产精品国语在线| 美利坚合众国亚洲视频| 欧美丰满熟妇bbbbbb| 国产3p视频| 在线视频播放观看免费| 欧美性生交活xxxxxdddd| 综合久久给合久久狠狠狠97色|