函数逼近法优化超导腔加速结构的初步研究

发布时间：2021-04-16 07:22

　　自1960年以来,射频超导技术日趋成熟,国际上加速器前沿领域的重大项目大多将其作为首选方案。射频加速腔是整个超导加速器的核心部分,其性能将影响加速器运行的稳定性及建设成本。超导腔传统的优化方法是通过不同的单变量性能曲线来选择合适的几何参数,几次迭代后,最终确定加速腔的结构。这种方法无法从理论上给出最优解。而采用穷举法筛选出较为优化的腔体结构,这种方法耗时过长。我们采用一种非传统的优化方法,希望获得理论上的射频超导腔的最优化几何结构。本文以单cell椭球腔为例,将其微波性能同几何尺寸的关系等效为一个连续的函数。我们尝试用多元多项式去逼近这个连续函数,然后寻找这个多元多项式的最小值以得到数学上的最优解。首先我对泊松方程定义下的电磁场边界条件能够被Stone-Weierstrass定理描述的这个命题,做了数学上的证明。然后利用这一方法进行超导腔优化以证明工作流程及其有效性。经过仿真计算发现,通过选择不同的权重因子,就可以得到满足实际应用需求的的超导腔性能因数。我们利用这一方法对ILC 1.3GHz 9cell超导腔进行了优化,得到了符合预期的优化结构参数。结论:论文论证了采用函数逼近论的方法... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)甘肃省

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 射频超导技术的发展简介
    1.2 射频超导技术的广泛应用
    1.3 国内的加速器工程
    1.4 论文选题的意义和创新点
第二章 准备知识：射频超导技术简介
    2.1 加速腔工作原理简介
    2.2 椭球腔几何结构
    2.3 腔体的几个主要性能因数 （figures of merit）
        2.3.1 表面电阻
        2.3.2 平均加速电场
        2.3.3 表面峰值场比
        2.3.4 腔体的损耗以及腔体品质因子
        2.3.5 cell耦合参数
    2.4 超导理论介绍及腔体损耗
    2.5 限制超导腔梯度的几个负面物理效应
        2.5.1 次级电子倍增效应（Multipacting）
        2.5.2 热崩溃（Thermal Breakdown）
        2.5.3 场致发射（Field Emission）
        2.5.4 强场下的失超，热力学临界场（thermodynamic critical field）
    2.6 优化目标总结
第三章 优化方法、数学理论论述以及理论解释
    3.1 物理问题的数学模型以及需要满足的定理
    3.2 连续性证明
    3.3 S-W紧集证明
第四章 应用实例与分析
    4.1 权重因子选择分析
    4.2 最适多项式构造分析
        4.2.1 区间选择说明
        4.2.2 样点数量选择及多项式最高次数选择
    4.3 实例应用及分析
第五章 结论及展望
    5.1 结论
    5.2 未来工作计划
参考文献
附录
作者简介及发表文章



本文编号：3141000