P9-2008-53 ƒ.. Š ³ÒÏ,.. Š ³ÒÏ,.. ± ˆ ŒˆŠˆ Š ˆŠ ˆ Œ MATLAB
Š ³ÒÏ ƒ.., Š ³ÒÏ.., ±.. P9-2008-53 Î ÉÒ ³ ± Êα Í ±²μÉ μ Ì É ³ MATLAB É ÉÓ μ± μ ³μ μ ÉÓ ³ Ö Œ LAB ²Ö ÊÎ ÒÌ Î - Éμ Ë ± Ê ±μ É ², Î É μ É ²Ö μ Ö ³μ ² μ Ö Ö Î É Í Í ±²μÉ μ Ì. ³ ÊÌ Í ±²μÉ μ μ μ± Ò Ê²ÓÉ ÉÒ - Î Éμ ³ ± Êα ² Î ÒÌ É ³ Ì Ê ±μ É ²Ö. μ ³³ μ MATLAB μé± Ò É Ï μ± μ ³μ μ É μ Ö É μ μ μ ³³Ò, μ μ²öõð μ μ ÉÓ Ó ±μ³ ² ± μ Ìμ ³ÒÌ ²Ö μ ±É - μ Ö Í ±²μÉ μ μ Î Éμ ³ ± Ö ÒÌ Î É Í. ÊÐ É μ Ê ² Î ±μ μ É μ Ö μ ³³, É ±, ÎÉμ É ²Ö É Ö ³ - Ò³, Ï μ± Ë Î ± μ ³μ μ É MATLAB Ö ²ÖÕÉ Ö μ μ³ Ò³ ³ÊÐ É μ³ ²Ö Ï Ö ³ μ Ì Î Ë ± Êαμ Ö ÒÌ Î É Í. μé Ò μ² μ Éμ Ö ÒÌ μ ² ³ ³... ² μ ˆŸˆ. μμ Ð Ñ μ μ É ÉÊÉ Ö ÒÌ ² μ. Ê, 2008 Karamysheva G. A., Karamyshev O. V., Lepkina O. E. P9-2008-53 Cyclotron Beam Dynamic Simulations in MATLAB MATLAB is useful for beam dynamic simulations in cyclotrons. Programming in an easy-to-use environment permits creation of models in a short space of time. Advanced graphical tools of MATLAB give good visualization features to created models. The beam dynamic modeling results with an example of two different cyclotron designs are presented. Programming with MATLAB opens wide possibilities of the development of the complex program, able to perform complete block of calculations required for the design of the accelerators. The investigation has been performed at the Dzhelepov Laboratory of Nuclear Problems, JINR. Communication of the Joint Institute for Nuclear Research. Dubna, 2008 101
μé± μ ±É μ Ê ±μ É ² Ö ÒÌ Î É Í É Ê É μ Ö μ²óïμ μ ±μ² Î É ²μ ÒÌ Î ² ÒÌ Î Éμ. ²Ö ±μéμ- ÒÌ É μ Ê ±μ É ², ³ Ì μé μ μ, μ ÉμÖÐ Ì μ ² μ - É ²Ó μ É Ô² ±É μ³ É ÒÌ Ô² ³ Éμ, ÊÐ É Ê É μ É ÉμÎ μ ±μ² Î É μ É É ÒÌ μ ³³, μ μ²öõð Ì μéî ± ³ Ê ±μ É ²Ö μ μ ÉÓ Ó ±μ³ ² ± μ Ìμ ³ÒÌ ÒÎ ². ˆ Î μ Éμ É ²μ Í ±²μÉ μ ³. μ ±É μ Í ±²μÉ μ μ μ Ìμ ³μ μ μ ÉÓ Î ² Ò Î ÉÒ Ô² ±É μ³ É ÒÌ μ² É ³ Ê ±μ É ²Ö ², μ²ó ÊÖ μ²êî Ò ± ÉÒ μ², Î É ÉÓ ³ ±Ê Ö Î É Í, ÊÎ ÉÒ Ö ÔÉμ³ μ ³μ Ò ÔËË ±ÉÒ, μ ± ÕÐ - É Ö Ï Ì ÊÉ Ì Ô² ±É μ³ É ÒÌ μ². ³, Ê ±μ - μ μ μ ³μ μ μ ± μ μé Ó μí Í Õ (μé Ò Ô² ±É μ μé μ ) Ô² ±É μ³ É μ³ μ², Ê ±μ ÉÖ ²ÒÌ μ μ ÊÐ É Ò³ É μ ÖÉ Ö μé Ö ±Ê μ É ÉμÎ μ³, Ê ±μ Êαμ μ²óïμ É μ É μ Ìμ ³μ ÊÎ ÉÒ ÉÓ ²Ò ³μ É Ö Î É Í Å ÔËË ±ÉÒ μ É É μ μ Ö. ²Ö μ Ö μ μ ÒÌ Î Éμ, μ, μ Ìμ ³Ò μ μ- ³³Ò Î ² μ μ É μ Ö ËË Í ²Ó ÒÌ Ê Ö Î É Í Ô² ±É μ³ É μ³ μ² Ï Ö Ê Ö Ê μ ³ Éμ μ³ ±μ Î ÒÌ Ô² ³ Éμ, ±μ Í, μ ³³Ò, μ μ²öõð μ ÊÐ É ²ÖÉÓ É - É É Î ± ² ² Ö Î É Í, μ μ ÉÓ Î ÉÒ Î ÉμÉ É - É μ ÒÌ ±μ². ÔÉ μ μ ³³Ò ³ ÕÉ Ö ± É ŒATLAB, Ì μ²ó μ μé± Ò É μ ³μ μ ÉÓ μ Ö ±μ³ ÓÕÉ μ ³μ ² Í - ±²μÉ μ, μ μ²öõð μ μ μ ³³ μ μ ÉÓ μ Ìμ ³Ò ²Ö Í ² Éμ Î ÉÒ. Î ² ±μ μé±μ μ Ï ³ Í ±²μÉ μ Ò, ³ ±μéμ ÒÌ É ÉÓ Ê ÊÉ μ± Ò μ ³μ μ É ³ Ö μ μ ÒÌ μ ³³. Ò Ê ±μ- É ²Ó Å ÔÉμ Í ±²μÉ μ ˆ Š [1], Î Ò ²Ö μ ²ÊÎ Ö μ² - ³ ÒÌ ² μ±, μ²ó Ê ³ÒÌ μ μ É ²ÖÕÐ Ì Ë ²ÓÉ ÊÕÐ Ì Ô² ³ Éμ ³ Í ±μ μ, μ³òï² μ μ ÒÉμ μ μ Î Ö, ÉÊ - Ï É μ Ê ÉÖ 2002 ( ³. ËμÉμ. 1). ±μ É ²Ó ˆ Š É ²Ö É μ μ μì μ Ò Í ±²μÉ μ - ³ÊÉ ²Ó μ Í ³ É μ μ μ²ö (Î ÉÒ Ì ±Éμ Ö É Ê±ÉÊ ), ± - ²Ó μ ±Í μ μ, Ò μ±μî ÉμÉ μ Ê ±μ ÖÕÐ É ³μ Ô² ±É μ- É É Î ±μ É ³μ Ò μ. 1
. 1. Ð Í ±²μÉ μ ˆ Š Éμ μ Ê ±μ É ²Ó Å μ ±É Ê ³Ò ˆŸˆ ±Éμ Ò μì μ Ò Í ±²μÉ μ ˆ-5 [2] ±μ Î μ Ô - μ μ, μ 5 ŒÔ, ³ Éμ±μ³ Êα 10 30 ³. ÉμÖÐ ³Ö Éμ Ò μ ² SIMULINK ŒATLAB μé ²Ó Ò μ ³³Ò KRY [3] KASCADS [4], μ μ²öõð μ μ ÉÓ Î É - ³ ± Êα μ μ Í ±²μÉ μ ˆ Š ÊÎ Éμ³ Ö ± μ É ÉμÎ- μ³ (KRY ) ³ ± Êα Í ±²μÉ μ CI-5 (KASCADS) ÊÎ Éμ³ ÔËË ±Éμ μ É É μ μ Ö. μ ³³Ò É ÊÕÉ Ê Ö Ö Ö ÒÌ Î É Í Ô² ±É μ³ É μ³ μ², Ò Í - ² Î ±μ É ³ ±μμ É, μ²ó ÊÖ ± ÉÒ μ², É ²Ó μ μ²êî Ò É Ì³ ÒÌ Î É Ì. ² Ê É ³ É ÉÓ, ÎÉμ ²Ö ² Î ÒÌ - Î Ë ± Ê ±μ É ² μ Ìμ ³μ μ²ó μ ÉÓ É Ëμ ³Ò É ² Ö Ê Ö: Ö Ëμ ³ Å É ³ ËË Í ²Ó ÒÌ Ê - ± Éμ μ É ³ ±μμ É ³ μ É μ Ö ³Ö t, Éμ Ö Ëμ ³ Å Í ² Î ±μ É ³ ±μμ É ³ μ É - μ Ö ³Ö É ÉÓÖ Ëμ ³ Å É ³ ËË Í ²Ó ÒÌ Ê Í ² Î ±μ É ³ ±μμ É ³ μ É μ Ö ³ÊÉ ²Ó- Ò Ê μ² ϕ. Ö Ö ± Éμ μ É ³ ±μμ É ³ Ö- ÕÉ Ö ²Ö Î Éμ ² É μ É μ ± ³μ ² μ Ö μéò Ô² ³ Éμ ² É μ É μ ± Êα, É ± Ì ± ± Î, ± ÊÕÐ ³ É. - ² Î ± Ö É ³ ±μμ É μ²ó Ê É Ö ²Ö Î Éμ Ö Î É Í ³μ³ Í ±²μÉ μ. ²Ö μ²μ Ö Ê ±μ ÖÕÐ Ì, Ò μ ÖÐ Ì Ê Ì - É ³ Ê μ μ μ²ó μ ÉÓ ± Î É ³ μ ³ÊÉ ²Ó Ò Ê μ², μôéμ³ê É ² Ê Ö ³μ ³ μ ³ÊÉ ²Ó Ò 2
Ê μ² Å μ² μ É μ. ±μ Î ÉÒ ³μ É Ö Î É Í É ÊÕÉ Ì μ Ö μ ² Ò ³μ³ É ³, μôéμ³ê μ Ìμ- ³μ μ²ó μ ÉÓ Ê Ö Ö ³ μ t. É É ³Ò ËË Í ²Ó ÒÌ Ê μëμ ³² Ò μ É ³ SIMULINK, ÎÉμ μ μ²ö É ² ±μ ³ ÖÉÓ Ì ²Ö μ ÒÌ Î Éμ. μ É ³ μëμ ³- ² Ò ²μ± Ö Î ²Ó ÒÌ ³ É μ, É ± Ì ± ± ±μμ ÉÒ ±μ μ É Î É Í, Ì Ô Ö, Ë. ² Ê É ³ É ÉÓ, ÎÉμ MATLAB μ É ²Ö É μ - ³μ μ ÉÓ ² ±μ ³ ÖÉÓ Î ²Ó μ ² Î É Í, Ï μ±μ μ²ó ÊÖ ² Î Ò ² Ö, ³, μ² Î Éμ ³ Ö ³Ò μ ³ ²Ó- μ μ³ μ ² Ö. É ²Ó Ò³ μ É ³ ³ μëμ ³² Ò É ± μ ³³Ò, Î ÉÒ ÕÐ μé μ μ Ö ±Ê μ É ÉμÎ- μ³, μé, μ Ê ²μ ² Ò μí Í - μ μ Ô² ±É μ³ É μ³ μ², μ ³³Ò, Î ÉÒ ÕÐ ÔËË ±ÉÒ μ É É μ μ Ö μ ³ Éμ Ê Ö³μ μ ±Ê²μ μ ±μ μ ³μ É Ö, É ± μ ³ Éμ Ê Ô± ² É- μ μ ² Ö. ˆ, ±μ Í, ³ É Ö ²μ± É É É Î ±μ μ μé± μ²êî ÒÌ Ê²ÓÉ Éμ, μ ÊÐ É ²ÖÕÐ Î É Ô³ ÉÉ μ Êα, Î ÉμÉ É É μ ÒÌ ±μ². μ Î ²Ó μ μ ³³Ò μ ² Ó μ²ó μ ³ ²μ±μ SIMULINK, μ ² Ê Ï μ μ Ï Ö μé² ± É É μ Ö Î ÉÓ μ - μ ³³ Ò² Ö Ò± MATLAB μëμ ³² ËÊ ±Í. ²Ó ³μ Í Å μ² ±μ³ ±É Ö Ó Ê ² Î ±μ μ É Î É. μ²óï É μ Î Éμ ³ ± Í ±²μÉ μ μ ²Ö μ É ÉμÎ μ μ²óïμ μ Î - ² ÊÐ Ì Ö Ê ±μ É ² Î É Í (100Ä1000) ³ É ³ ÊÉÒ, Éμ²Ó±μ ÊÎ É ÔËË ±Éμ μ É É μ μ Ö ²Ö μ²óïμ μ Î ² Î É Í (1000Ä 2000) ³ É Î Ò, ³ μ ÔÉÊ μ μ ³³Ê ÉÓ ³Ò ² É Ö Ò± ++ ²Ö Ê ² Î Ö ±μ μ É Î É. É ²Ó μ ÌμÉ ²μ Ó Ò ± ÉÓ μ μ ³μ μ É ³ Ö FEMLAB. ˆ - μ²ó μ ± É μ², μ²êî ÒÌ Ê²ÓÉ É μ ÒÌ - Î Éμ μ ± ± ³ Ò Éμ Ò²μ μ ³³ ³, Ï ÕÐ ³ Ê Ê μ, μ Ö μ ÊÉ μ μéμ Ò μ μ Î É ÒÌ ÒÌ μ ³³Ò ³ ± Êα. μ²êî Ï Ö ± É FEMLAB ÊÐ - É μ μ ² Î É ÊÕ μí Ê Ê, É ± ± ± ʲÓÉ ÉÒ Î Éμ Ìμ ÖÉ Ö μ É μ μî ³ μ É É MATLAB. ± ³ μ μ³ ³μ μ μ É ÎÓ Ï Ö Î μìμ Ö Êα Î É ³Ò Ê ±μ É ²Ö ³± Ì μ μ μ ³³Ò, ² Ö Ö Êα μìμ ) ² ±Í, ) Î, ) ˲ ±Éμ, ) Í É, ) μ Ê ±μ Ö, ) Î Ò μ Ò Ê É μ É, ) ² É μ É μ ±, ) Î ± ÊÕÐ ³ É, ±μ Í Å ² Ö Êα μ μ ²ÊÎ - ³μ ² ±, ± ± É μ ²μ Ó, ³, Î É Ì Í ±²μÉ μ ˆ Š. ±μ μ Ìμ μ μ²ö É μ μ É Ó Î ³ É μ Êα μé μ- ³³Ò ± μ ³³, ÎÉμ ³ μ, Ê ÉÓ μìμ Êα μéö μ Í ±² Ê ±μ Ö Ô± ³μ Éμ. ÉμÖÐ ³Ö 3
. 2. ʲÓÉ ÉÒ Î μ Ö Êα Í ±²μÉ μ ˆ Š. 3. ³μ ÉÓ Ô μ μ μé - ÉμÖ Ö μé Î. 4. ±Éμ Êα Í ±²μÉ μ ˆ Š μ ³³ KRYC μ Éμ É É Ì μé ²Ó ÒÌ Î É, μ Ñ ÖÕÐ Ì ) - Π˲ ±Éμ ; ) Í É, μ Ê Ê ±μ Ö Ò μ Ò Ê É μ É ; ) ² Õ É μ É μ ±, ± ÊÕÐ ³ É μ ²ÊÎ ³ÊÕ ² ±Ê. ² Ê É μé³ - É ÉÓ, ÎÉμ μ ³³Ò μ ² Ó Ó³ μ Î μ ³Ö μ²ó- Ï ³ ±μ²² ±É μ³ Éμ μ, ÌμÉÖ É ²Ó μ μí ÊÎ Ö É ³Ò MATLAB ³ É μ±μ²μ μ μ μ² É Ö Ö Î - ³Ò³ μ ³μ μ ÉÖ³ ± É μ ²μ. ³ Ò Ë Î ±μ μ É ² Ö Ê²ÓÉ Éμ Î É μ ÒÏ μ - Ò³ μ ³³ ³ É ² Ò. 2Ä7. 4
. 2 μ± Ò Ê²ÓÉ ÉÒ - Î μ Ö Êα. ³ É ³, ÎÉμ - ² μ²ö Î ³μ μ Î É ÉÓ ± ± ² É Î ±, É ± Î ² μ - μ²ó μ ³ FEMLAB. μ ³Ö - Î Éμ ÊÎ ÉÒ ÕÉ Ö ÔËË ±ÉÒ ³μ - É Ö Î É Í.. 3 μ± - ³μ ÉÓ Ô Êα μé ÉμÖ Ö, μ ʳ ÓÏ Ô É Î ±μ μ - μ, μ Ê ²μ ² μ ÔËË ±É ³ μ- É É μ μ Ö.. 4 μ± - Ò É ±Éμ Êα Í ±²μÉ μ ˆ Š, ±²ÕÎ Ö Ò μ Ò Ê É μ É. μí Î Éμ ³ ± Êα μ μ ³³ KRYC μí ² Ó μé μ μ μ μ É ÉμÎ μ³, μ-. 5. ³μ ÉÓ ±μôëë Í É μìμ Ö Êα μé ² Ö ± - ³ Ê ±μ É ²Ö ˆ Š ²Ö ² Î- ÒÌ Ê ±μ ÖÕÐ Ì Ö ²ÊÎ Ò Î Ö ±μôëë Í É μìμ Ö Êα μé ² Ö ± - ³ Í ±²μÉ μ É ² Ò. 5 ²Ö É Ì Î Ê ±μ ÖÕÐ μ Ö Ö.. 6. ±Éμ Êα - μ μ μ ±É Ê ³μ³ ²Ó μéμî μ³ Í ±²μÉ μ - ±Éμ ˆ-5: ² Å I =0³, Å I =30³. 6 μ± Ò É ±Éμ Êα - μ μ μ ±É Ê ³μ³ ²Ó μ- ÉμÎ μ³ Í ±²μÉ μ - ±Éμ ˆ-5 ²Ö ÊÌ Éμ Å ÊÎ É ÔËË ±- Éμ μ É É μ μ Ö ²Ö Êα É μ ÉÓÕ 30 ³. μ ÊÐ É μ ÊÏ Êα, μì ÖÕÐ, μ ±μ, ² ³ Ê μ - É ³. ± ²Ó μ Êα μ± μ. 7 É ± ²Ö ÊÌ Î É μ É Êα. 5
. 7. ± ²Ó μ Êα : ² Å I =0³, Å I =30³ μé ²μ Ó Ò μ μ μ μ Î ± ÊÉÓ, ÎÉμ É ² Ò Ë ± Ì É ±- Éμ Å ÔÉμ É ±Éμ 1000 Ê ±μ Ö ³ÒÌ Î É Í μéö μ Í ±² Ê ±μ Ö ( ²Ö Í ±²μÉ μ ˆ Š, ³, ÔÉμ 70 μ μ μéμ μ 720 Éμ- Î ± ± μ³ μ μ μé ). ± ³ μ μ³, MATLAB μ μ²ö É ² ±μ μ ÊÐ - É ²ÖÉÓ Ë Î ± Ò μ ²Õ μ μ²ó Ê ³μ Î É Ì Ì ±É É ±, μ Î Ö μ²ó μ É ²Ö μ Ñ ³μ³ Ò μ ³μ Ô± Ëμ ³ Í. Š ˆ ³ MATLAB ²Ö ³μ ² μ Ö ³ ± Êα Í ±²μÉ μ- Ì μé± Ò É Ï μ± μ ³μ μ É μ Ö É μ μ μ ³³Ò, μ μ²öõð μ μ ÉÓ Ó ±μ³ ² ± μ Ìμ ³ÒÌ ²Ö μ ±É μ Ö Í - ±²μÉ μ μ Î Éμ Ö. ÊÐ É μ Ê ² Î ±μ μ É μ Ö μ ³³, É ±, ÎÉμ É ²Ö É Ö ³ Ò³, Ï μ± Ë Î ± μ ³μ μ É MAT- LAB Ö ²ÖÕÉ Ö μ μ³ Ò³ ³ÊÐ É μ³ ²Ö Í ² Éμ ² Î ÒÌ μ ² - É Ê± É Ì ±, É ÊÕÐ Ì μ Ö Î ² ÒÌ Î Éμ. ˆ 1. μ... Î ± Ê ± Í ±²μÉ μ ˆ Š // Ó³ Ÿ, 2005, T. 5, No. [3], c. 34Ä39. 2. ² ͱ. ƒ.. ²Ó μéμî Ò Í ±²μÉ μ - ±Éμ Ë μé μ ˆŸˆ // Ó³ Ÿ. 2005. T. 2, No. [3]Ä2005. C. 24Ä29. 3. Š ² Î ±μ.., Š ³ÒÏ ƒ.. Í ± μé Ó μ μ ² É - Ö ± μ É ÉμÎ μ³ ± ³ Í ±²μÉ μ. μμ Ð ˆŸˆ 9-2002-58. Ê, 2002. 4. Š ² Î ±μ.., Š ³ÒÏ ƒ.. Œμ ² μ ÔËË ±Éμ μ É É - μ μ Ö Í ±²μÉ μ - ±Éμ Ë μé μ ˆŸˆ. μμ Ð ˆŸˆ 9-2002-57. Ê, 2002. μ²êî μ 15 ²Ö 2008.
±Éμ Œ. ˆ. Ê μ μ Î ÉÓ 28.10.2008. μ ³ É 60 90/16. ʳ μë É Ö. Î ÉÓ μë É Ö. ². Î. ². 0,68. Î.-. ². 0,80. 270 Ô±. ± º 56383. ˆ É ²Ó ± μé ² Ñ μ μ É ÉÊÉ Ö ÒÌ ² μ 141980,. Ê, Œμ ±μ ± Ö μ ²., ʲ. μ² μ-šõ, 6. E-mail: publish@jinr.ru www.jinr.ru/publish/