Разработка модели квадрупольных линз в программе "Comsol Multiphysics"
Применение систем магнитных квадрупольных линз для фокусировки ионных пучков частиц и в ускорителях физики ядра и частиц. Создание модели в программе "Comsol Multiphysics", показывающей путь ионов через три последовательные магнитные квадрупольные линзы.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | лабораторная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 30.06.2015 |
| Размер файла | 2,2 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Разработка модели квадрупольных линз в программе "Comsol Multiphysics"
Содержание
- Введение
- Определение модели
- Доменные уравнения
- Граничные условия
- Результаты и обсуждение
- Моделирование с помощью графического интерфейса пользователя
Введение
Так же как оптические линзы могут фокусировать свет электрические и магнитные линзы могут фокусировать пучки заряженных частиц. Системы магнитных квадрупольных линз нашли широкое применение для фокусировки ионных пучков частиц и в ускорителях физики ядра и частиц центров таких как CERN, SLAC и ISIS. Эта модель COMSOL Multiphysics показывает путь ионов B5+ проходящих через три последовательные магнитные квадрупольные линзы. Модель создана в поперечном сечении геометрии. Вы можете найти полную 3D версию в модуле AC / DC библиотеки моделей.
Определение модели
Квадруполь состоит из 4 постоянных магнитов как показано на рисунке 4-6 магниты должны работать совместно чтобы дать хорошее приложение поля квадруполя. Для усиления поля и стабильности системы магниты установлены в железном цилиндре.
Рис. 1. Поперечное сечение одной из магнитных квадрупольных линз, используемых в объективе
Ионы отправляются через систему трех линз. Средняя система в два раза длиннее чем другие и поворачивается на 90 градусов вокруг центральной оси. Это означает что полярность его магнитов восстанавливается. Рисунок 2 дает полное представление о магнитной квадрупольной линзе.
Рисунок 2. Вырез в квадрупольных линзах. Второй квадруполь (Q2) имеет другую полярность по сравнению с Q1 и Q2. После путешествие через линзы ионы остаются дрейфовать на расстоянии 1 м.
Ускоритель питает систему с ионами путешествующими со скоростью 0.01c вдоль центральной оси. Для изучения фокусирующего действие квадруполей, отслеживают количество ионов на расстоянии 3 см от центральной оси, равномерно распределенных вдоль окружности в поперечной плоскости.
Все они предположительно имеют нулевую начальную поперечную скорость. Каждый квадруполь фокусирует пучок ионов вдоль одной из поперечных осей и расфокусирует его вдоль другой. Чистый эффект достигается путём путешествия через систему из трех четырехполюсников и длительным дрейфом фокусировки во всех направлениях.
После того как ионы вышли из системы они держаться в поперечной плоскости на расстоянии 1 см. Модель создана в 2D сечения любого из Q1 двух одинаковых четырехполюсников и Q3. Пренебрегая рассеиваемостью поля поперечное магнитное поле в данной точке поперечной плоскости Q2 будет автоматически изменена на ту же величину как и соответствующие в Q1 и Q3 но точка будет лежать в противоположном направлении. Поэтому достаточно смоделировать поля в одном квадруполе.
Доменные уравнения
Магнитное поле описывается с помощью уравнения магнитостатики решение для компонента z магнитного потенциала А (Wb/m).
Здесь м0 = 4р · 10-7 H/m обозначает проницаемость вакуума М намагниченность (A/m) у проводимость (S/m) и v средняя скорость (m/s). В этой модели среда не движется. Правая часть уравнения содержит навязанный ток указанный в виде ДV (V) и L (m) и плотность тока Jze (A/m2). Токи в данной модели не накладываются. Поддомен железа использует несколько другую формулировку уравнения:
Где мr = 4000 относительная проницаемость среды. Магнитный потенциал определен поэтому:
Граничные условия
Магнитное поле приблизительно параллельно внешней границе железного цилиндра. Для обеспечения этого используйте магнитное состояние изоляции обозначив: Az = 0
Результаты и обсуждение
Плотность магнитного поля и трубопроводов в поперечном сечении Q1 или Q3 на рисунке 3 внизу:
Рисунок 3. плотность магнитного поля и трубопроводов в центре одного из квадрупольных магнитов
Каждый ион проходящий через узел испытывает силу Максвелла
F = q v Ч B
где v (m/s) скорость иона. Далее предположим, что скорость z-компонента постоянна и гораздо больше чем (поперечных) компонентов х и у. Таким образом рассматриваем только вклад силы скорости z-компонента. Чтобы найти поперечные положения в зависимости от времени необходимо применить второй закон Ньютона для каждого иона q v Ч B = m a где m масса иона (kg) a обозначает его ускорение (m/s2). Если вычисленная плотность магнитного потока в Q1 равна B ' длина квадрупольного i Li (m) плотность потока ионов задается:
Где t (s) время полёта. Эта зависимость от плотности магнитного потока во время полета представлена в алгоритме трассировки частиц в логическом выражении.
Рисунок 4 внизу показывает как ионы движутся в поперечной плоскости
квадрупольная линза модель comsol multiphysics
Рисунок 4. Большая часть ионов равномерно распределена по большой окружности в 3 см от оси.
Моделирование с помощью графического интерфейса пользователя
Навигатор модели
1. В Model Navigator выберите COMSOLMultiphysics>Electromagnetics> Magnetostatics
2. Нажмите OK чтобы закрыть диалоговое окно
Опции и настройки
1. Введите следующие постоянные имена и выражения в диалоговом окне констант
2. Нажмите OK чтобы закрыть диалоговое окно
Геометрия модели
1. Нажмите правый Shift щелкните по кнопке прямоугольник / квадрат на панели инструментов Draw
2. Задайте прямоугольник со следующими свойствами когда закончите нажмите кнопку ОК
3. Нажмите кнопку повернуть на панели инструментов Draw. Поверните прямоугольник на 45 градусов вокруг начала координат
4. Нажмите кнопку Эллипс / Круг (по центру) на панели инструментов Draw
5. Задайте круг со следующими свойствами когда закончите нажмите кнопку ОК
6. Выберите как круг и прямоугольник а затем нажмите кнопку пересечение на панели инструментов Draw
7. Сделайте копию составного объекта (CO1) и вставьте его на том же месте
8. Поверните скопированный объект (CO2) на 90 градусов вокруг оси
9. Вставить еще две копии СО1 в том же месте и поверните их на 180 и 270 градусов соответственно
10. Создайте круг с центром в нуле с радиусом 0,2 м
11. Создайте еще один круг с центром в нуле с радиусом 0,12 м
12. Нажмите кнопку создать составной объект и создадите объект используя формулу С1 + С2 (СО1 + СО2 + CO 3 + СО4)
13. Нарисуйте круг с центром в нуле с радиусом 0,2 м
Геометрия модели должна выглядеть как на рисунке внизу:
Рисунок 5. COMSOL Multiphysics геометрия квадрупольных линз
Настройка физики
Граничные условия
Используйте параметры по умолчанию магнитная изоляция для всех внешних границ
Настройки субдоменов
1. Из меню физики выберите Настройки поддомена. Выберите Субдомен 1
2. Нажмите кнопку Load. В диалоговом окне Materials/Coefficients Library, который появляется выберите Material Properties>Iron
3. Оставьте настройки Субдомена 4 по умолчанию
4. Во всех других поддоменах установите отношение B = м0 H + м0 M и намагниченность в соответствии с таблицей
Генерация сетки
1. Из меню Mesh выберите Free Mesh Parameters
2. Из списка Predefined mesh sizes выберите Extra fine
3. Нажмите кнопку перерасчет
4. Когда Mesher закончит нажмите кнопку ОК чтобы закрыть диалоговое окно
Вычисление решение.
Нажмите кнопку Solve на главной панели инструментов
Обработка результатов и визуализация.
Значение по умолчанию показывает норму плотности магнитного потока. Следуйте инструкциям чтобы рассмотреть магнитное поле.
1. Нажмите кнопку параметры земли на основной панели инструментов
2. На странице поверхности выберите норму магнитного поля из списка предопределенные величин
3. На странице контур установите флажок Контур участок. Из списка Предопределенные величины выберите магнитный потенциал компонента z
4. В цветовой области контура нажмите сначала кнопку Единый вариант цвета затем кнопку цвет. Выберите белый цвет затем нажмите OK. Снимите флажок с цвет легенда
5. Нажмите кнопку применить чтобы увидеть магнитное поле. Силовые линии магнитного поля на той же схеме что и магнитный потенциал контурных линий
Чтобы увидеть как ионы движутся через систему квадруполей выполните следующие действия:
6. На странице поверхности изменить таблицу цвета для тепла
7. На странице розыска частиц выберите трассировки частиц проверки откройте окно и применить следующие параметры:
8. На странице цвет линии нажмите кнопку использовать вариант выражения
9. Нажмите кнопку цвет выражения задайте цвет циклическим выражением 1+ (partt>L1/vz) + (partt> (L1+L2) /vz) + (partt> (L1+L2+L3) /vz)
10. Нажмите кнопку дополнительно. Установите относительную терпимость 1e-6 конец времени для статических полей течения 5/3e6 и максимальное число шагов в 1e5. Нажмите OK
11. На странице контура задайте выражение SQRT (X ^ 2 + Y ^ 2). Для уровней контуров выберите вектор с isolevels и введите 0,01 0,03
12. Перейдите на вкладку Общие. Чтобы создать подходящий участок нажмите кнопку название затем нажмите кнопку выбора для использования. В поле редактирования введите:
Поверхность: Магнитное поле, норма [A/m] частиц трассировка q<b>v</b>x<b>B</b> (t)
13. Нажмите OK
14. Нажмите кнопку ОК в диалоговом окне параметры земли чтобы закрыть ее и сгенерировать построение
15. Нажмите кнопку увеличения масштаба на главной панели инструментов чтобы увеличить центр геометрической модели
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Элементы и параметры комплекса ЛФВЭ ОИЯИ, схема его работы. Создание программного обеспечения в среде разработки National Instruments Labview для мониторинга и удаленного управления источниками питания квадрупольных линз линейного ускорителя ЛУ-20.
реферат [824,0 K], добавлен 22.02.2013Моделирование и управление двойным электромагнитом активной магнитной левитации. Использование программы COMSOL Multiphysics. Создание электромагнита с широким градиентным спектром для внедрения магнитных веществ в мозг мыши. Метод конечных элементов.
реферат [1,7 M], добавлен 09.08.2015Построение математической модели движения заряженных частиц, реализация на алгоритмическом языке с помощью ЭВМ. Описание предметной области. Имитация взаимодействия двух разноименно заряженных частиц. Результаты работы программы, руководство пользователя.
курсовая работа [824,0 K], добавлен 26.02.2015Рзработка библиотеки, которая позволит моделировать динамику частиц в трехмерной графики. Выбор средств и методов разработки. Варианты моделирования систем частиц. Моделирование на вершинном шейдере. Диаграммы класса Particle System и PSBehavior.
курсовая работа [4,4 M], добавлен 07.02.2016Применение гетерогенных вычислительных систем в задачах молекулярной динамики. Потенциалы взаимодействия частиц. Процесс разработки приложения с использованием Altera Open CL Compiler. Сравнение архитектур ГУ и ПЛИС, их пиковая производительность.
дипломная работа [2,0 M], добавлен 22.08.2017Создание обучающей презентации о создании сайта в программе для конструирования сайтов "Joomla". Установка локального сервера "Denwer" и программы "Joomla". Создание меню, загрузка изображений. Смена шаблона, работа с текстом в программе MS PowerPoint.
дипломная работа [3,8 M], добавлен 04.03.2013Создание библиотеки элементов электрической схемы и настройка редактора схем Schematic. Разработка топологии печатной платы в программе P-СAD PCB; построение символов и корпусов микросхем. Создание компонентов в программе P-CAD Library Executive.
методичка [4,4 M], добавлен 12.09.2011Разработка эскизов мебельного изделия. Описание технологической характеристики и работы в программе "Базис мебельщик" для создания наглядного чертежа 3D модели. Карты раскроя материала и расчет стоимости заказа. Рабочие чертежи некоторых деталей.
курсовая работа [4,0 M], добавлен 16.08.2014Модель модернизации детали (расчёт на деформацию, эквивалентных напряжений) в программе Solidworks. Анализ обратного клапана в программе Workingmodel, его применение и функции. Расчёт фланцевого соединения фонтанной арматуры в программе Mathcad.
практическая работа [837,3 K], добавлен 15.01.2015Разработка электронной модели таблицы результатов соревнований по лыжному забегу с помощью объектно-ориентированный языка Паскаль. Схема связи главной формы с подчиненными формами. Разработка пользовательского интерфейса в среде программирования Delphi 7.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 21.01.2013Разработка граф-схемы имитационной модели финансовых потоков предприятия и реализация модели программными средствами Pilgrim. Алгоритм моделирования с постоянным шагом. Выполнение моделирования на полученной программе, разработка программного кода.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 22.11.2013Создание проекта календаря в программе MS Project. Формирование структуры графика работ. Порядок назначения ресурсов при описании задачи. Отслеживание хода выполнения проекта для принятия управленческих решений. Создание бюджетов на основе показателей.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 10.04.2016Построение объемной модели детали в программе "Компас". Порядок расчета твердотельной модели. Подготовка модели к расчету, его параметры и результаты. Работа с деревом прочностного анализа. Проектирование в САМ-системах. Программирование обработки детали.
курсовая работа [4,0 M], добавлен 02.11.2015Построение концептуальной модели. Создание таблиц, входящих в состав базы данных. Разработка основных запросов, отчетов о количестве учеников в данном классе и работе школы; форм для просмотра и редактирования данных в программе Microsoft Access.
курсовая работа [2,7 M], добавлен 08.05.2015Особенность формирования реляционной модели данных. Создание таблиц в программе. Характеристика разработки web-интерфейса. Анализ вывода информации о каждом сотруднике. Образование листинга программных кодов. Суть удаления и редактирования извещений.
курсовая работа [621,5 K], добавлен 14.01.2018Создание приложения в программе Rational Rose для удобного функционирования системы обслуживания банкоматов. Методы создания баз данных в программе и разработки диаграмм: последовательности, действий и состояния. Составление инструкции для пользователя.
курсовая работа [271,2 K], добавлен 15.02.2011Разработка редактора частиц "Easy Particles", позволяющего создавать несложные эффекты графики. Инсталляция программы, анализ ее надёжности. Модель и сборка приложения. Обоснование экономической целесообразности разработки программного средства.
дипломная работа [742,6 K], добавлен 09.09.2010Изучение дисперсных систем и создание программы, реализующей метод Монте-Карло и моделирующей распределение частиц в определенной области. Исследование методов линейных итераций и вязкой суспензии. Характеристики распределения порошков по размерам.
контрольная работа [1,4 M], добавлен 05.12.2014Построение структурной модели в программе RMSRoxar, исследование интерфейса и меню, назначение закладок. Гидродинамическое моделирование и построение соответствующей модели. Особенности построения моделей на разных стадиях изученности месторождения.
отчет по практике [5,6 M], добавлен 18.12.2014Составление таблицы согласно образцу в программе MS Excel. Создание данных таблицы базы данных. Введение формул в программе MS Excel. Установление связи между таблицами. Создание запроса на выборку данных из одной таблицы с помощью мастер запросов.
контрольная работа [4,0 M], добавлен 17.04.2016
