1 Rechnergestützte Beschleuningerplanung - Beispiele für Programme I Es gibt hunderte von Programmen, die dem Beschleunigerphysiker bei der Entwicklung.

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1 1 Rechnergestützte Beschleuningerplanung - Beispiele für Programme I Es gibt hunderte von Programmen, die dem Beschleunigerphysiker bei der Entwicklung und dem Bau von Beschleunigern helfen - hier nur eine kleine (subjektive) Liste. Die meisten Programme sind im WWW dokumentiert. Für die Entwicklung von Magneten ROXIE (CERN) TOSCA und OPERA (Vector Fields, kommerzielles Produkt) QUABER und SPQR (Quench in supraleitenden Magneten - CERN) MAFIA codes (Prof.Thomas Weiland und Mitarbeiter TU Darmstadt) Electrostatic fields Magnetostatic fields Low-frequency eddy current fields High-frequency eddy current fields (including displacement current) High-frequency resonators and wave guides Transient fields Fully self-consistent transient fields including free moving charges

2 2 Beispiele für Programme II Mechanik + Dynamische Systeme ANSYS (Finite Elemente) Simulation needs encompass structural, contact, thermal, computational fluid dynamics (CFD), acoustics, electrostatics, magnetostatics, and low- or high- frequency electromagnetics capabilities Beschleunigeroptik MAD (CERN) Trackingprogramme in diversen Labors, z.B. Sixtrack (CERN) Korrektur des Teilchenbahn (COCU - CERN) Wechselwirkung von Teilchen mit Materie GEANT (CERN + outside) EGS FLUKA (CERN)

3 3 Beispiele für Programme III Viele Programme, die für andere Anwendungen entwickelt worden, kommen in der Beschleunigerphysik und Technik zu Anwendung. Beispiele sind: Mathematik Mathematica MathCad Elektronik PSPICE PCAD Messtechnik LABVIEW Zeichnungen und virtuelle Realität AUTOCAD EUCLID Ausserdem gibt es noch unzählige Programme an den verschiedenen Beschleunigerinstituten, die für spezielle Anwendungen geschrieben wurden.

4 4 Modellbeschleuniger Anstatt Details über die verschiedenen Programme zu diskutieren: Praktisches Beispiel für den Modellbeschleuniger in MATHCAD Lineare Optik Betatronschwingungen Emittanz Nichtlinearität Tracking Synchrotronschwingungen Spektrum des Strahls

5 5 Modellbeschleuniger: transversaler Phasenraum Lineare Optik: k=1.4195 qx=ganzzahlig tune = 1 (wenn man 4 Zellen hat, wird der tune halbzahlig) k=1.43 qx=1.022 k=1.44 qx=1.044 k=1.48 qx=1.137 k=1.50 qx=1.188 k=1.51 qx=1.228 k=1.52 qx=1.242 k=1.55104 qx=1.333 sextupole 0.001 = starts to be instable, instable at 512 turns k=1.50 qx=1.188 stable again k=1.50 qx=1.188 sextupole 0.050 stable but distorted phase space

6 6 Modellbeschleuniger: longitudinaler Phasenraum Beispiel 1: fs = 0.125 und As=1, eine Periode in 4 Umläufen, und in der Frequenz sieht man einen peak bei 512 Beispiel 2: wie 1, mit As=10, man nur bei einigen Umläufen ein Signal, immer dann, wenn der Bunch im Zentrum ist (alle 4 Umläufe, fuer 180 und 360 Grad) Beispiel 3: f2=0.120 und As=0.2 - nur ein Peak Bespiel 4: wie 3, und As=1 - 2ter Peak sehr klein Beispiel 5: wie 3 und As=2, 2ter Peak, und 3ter Peak Beispiel 6: fs=0.0125 und As=2

7 7 Modellbeschleuniger: Bunchspektrum 1 Bunche, 0.5 ns, bis 200 1 Bunche, 0.1 ns, bis 200 10 Bunche, 0.1 ns, bis 200

8 8 F0D0 Zelle des Modelspeicherrings l B =1.50 ml q =0.40 ml d =0.55 ml B =1.50 m QFQDQFDipol F0D0 Zelle MQ F MQ D MQ F MQ D MBMB MBMB M D1 M EB