Диссертация (1149463), страница 3
Текст из файла (страница 3)
В 2005 году Ю. Ф. Орлов, У. Морзе (W. Morse)и Я. Семерцидис (Y. Semertzidis) предложили метод измерения ЭДМ, основанный на резонансном методе изменения горизонтальной проекции спинав магнитном кольце. Для измерения ЭДМ в ускоритель инжектируется пучок частиц с вертикальной поляризацией, а за счет встроенного в кольцоэлемента, создающего горизонтальное электрическое ВЧ-поле, происходитрезонансная раскачка горизонтальной поляризации пучка, которая изме20COSY — Cooler Synchrotron — Охлаждающий синхротрон13ряется поляриметром. Этот метод требует крайне высокой точности в задании частоты электрического поля, что демонстрируется в Главе 1.Также на базе ускорителя COSY проводятся эксперименты с целью изучения поведения поляризованных пучков в ускорителе для будущего эксперимента по измерению ЭДМ в электростатическом кольце [67, 66].Рис.
4. Детектор EDDA, установленный в COSYРазработка ускорителя подразумевает изучение динамики пучка передэтапом технического проектирования. Изучение динамики пучков проводится с разными целями, в первую очередь можно выделить исследованияс целью получить решение уравнений движения с высокой точностью втечение короткого периода времени, а также исследования для анализаэволюции пучка в течение длительного периода времени. Изучение периодических структур, таких как синхротронов и накопительных колец, является одной из основных задач физики пучков.
Все периодические структуры обеспечивают сохранение частиц в канале на протяжении длительноговремени, т. е. движение частиц устойчиво и происходит в пределах фи14зической апертуры ускорителя. За многолетнюю историю создания циклических ускорителей была развита обширная теория ускорителей и создан соответствующий математический аппарат для исследования динамики пучков заряженных частиц. Большой вклад в развитие вопросов динамики пучков внесли А. А. Коломенский, А. Н. Лебедев, А.
Драгт (A. Dragt),и другие. Развитие динамики поляризованных пучков связано с именами новосибирской школы ядерной физики, в первую очередь с работамиА. М. Кондратенко и Я. С. Дербенева. В качестве литературы, затрагивающей данную тематику, можно указать ряд работ [47, 123, 37, 64] в совокупности с приведенной в них библиографией.Для исследований движения заряженных частиц в управляющих полях разработано множество программ численного моделирования, такихкак Для моделирования длительной эволюции пучка частиц, что являетсянеобходимым при разработке ускорителя для измерения ЭДМ, накладываются особые требования к используемым методам численного моделирования, такие как симплектичность и сохранение энергии [15, 37].
Одним изметодов изучения длительной динамики является подход, основанный наиспользовании матричных отображений [40, 22, 18]. Преимуществом данного подхода является высокая скорость вычислений, что позволяет изучатьдлительную эволюцию пучков.В диссертации для исследования динамики пучка в электростатическом ускорителе применяется программа COSY Infinity [18], основаннаяна построении матричных отображений методами дифференциальной алгебры [37, 13]. Кроме того используются методы численного решения дифференциальных уравнений для исследования модели резонансного методаизмерения ЭДМ. Для упрощения работы с программами моделированияи анализа данных разработан комплекс программ RSX, предоставляющийединый интерфейс для моделирования динамики пучков.15Целью диссертационной работы является разработка проблемноориентированной системы управления динамикой частиц в циклическомускорителе, предназначенном для измерения электрического дипольногомомента элементарных частиц.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующих основные задачи:1) провести системный анализ, моделирование и оптимизацию управляющего поля пучком частиц с учетом поляризационных эффектов с цельюпостроения эффективной математической модели ускорителя;2) разработать структуру программных модулей, реализующих математическую модель, и выполнить программную реализацию соответствующей проблемно-ориентированной системы;3) провести серию численных экспериментов с целью оптимизации разработанной модели, с использованием разработанного программного обеспечения, реализующее предложенные модели, методы, алгоритмы, и методику;4) разработать алгоритмическое обеспечение поддержки принятия решений в процессе процесса моделирования, основанное на предоставленииадекватной графической информации;5) исследовать особенности влияния управляющих параметров ускорителяс целью оптимизации длительной эволюции пучка частиц (за временапорядка тысячи секунд - более 109 оборотов) с учетом поляризационныхэффектов;6) исследовать эффекты декогеренции спина в электростатическом кольце.Основными методами исследования являются методы математического и компьютерного моделирования и численного эксперимента.16Структура и объем работы.
Диссертационная работа изложена на126 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырех глав,заключения и библиографического списка литературы, включающего 124наименования. Работа содержит 37 рисунков и 2 приложения на 12 листах.Первая глава содержит теоретическое описание метода «замороженного спина» для измерения ЭДМ протона в накопительных кольцах, показана необходимость сохранения горизонтальной поляризации, рассмотреныэффекты, приводящие к декогеренции спина. Также в главе построена математическая модель резонансного метода обнаружения ЭДМ и показананеобходимость стабилизации ВЧ-поля на уровне 10−15 при использованииполяриметра с чувствительностью 10−3 .Вторая глава содержит подробное описание метода численного моделирования спин-орбитальной движения пучка заряженных частиц в электромагнитных полях, применяемый для изучения длительной эволюциипучка в накопительном кольце.
Метод основан на применении матричныхотображений, для построения которых используются методы дифференциальной алгебры.Третья глава содержит описание программы COSY Infinity, реализующий математические модели, представленные в Главе 2. Также главасодержит описание разработанного в рамках диссертационного исследования программного комплекса, применяемого для численного моделирования движения частиц и анализа полученных данных.Четвертая глава содержит результаты численного моделирования динамики пучка в электростатическом ускорителе, исследован метод переменных дефлекторов для увеличения времени декогеренции спина. Такжеприведены результаты моделирования пучка на высокопроизводительномвычислительном кластере с учетом влияния ЭДМ.17Научная новизна результатов состоит в разработке численно-аналитического подхода к исследованию динамики спина частиц в ускорителях с большим временем жизни пучка.
Впервые исследован метод измерения электрического дипольного момента протона с использованиемэлектростатического накопительного кольца и метод резонансного поиска электрического дипольного момента в магнитном кольце. Исследованыэффекты декогеренции спина частиц из-за различных факторов.
Разработан комплекс программ, предназначенный для численного моделированияспин-орбитальной динамики пучков и анализа полученных данных. Всепредставленные в диссертационной работе результаты и положения являются новыми.Основные положения, выносимые на защиту:1) математическая модель спин-орбитального движения в накопительномкольце для поиска электрического дипольного момента протона и результаты численного моделирования при больших временах удержанияпучка;2) специальный программный комплекс, предназначенный для повышенияэффективности, надежности и качества моделирования динамики спина, и допускающий распараллеливание вычислительных процессов;3) методы и инструменты поддержки принятия решения, основанные напредоставлении адекватной графической информации с учетом структурно-параметрического представления управляющих параметров ускорителя;4) результаты исследования системных связей и закономерностей функционирования управляющих систем ускорителя на основные характеристики пучка частиц с использованием инструментов обработки информации.18Апробация работы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
