Validation of Monte Carlo simulation of 6 MV photon beam produced by Varian Clinac 2100 linear accelerator using BEAMnrc code and DOSXYZnrc code

The Monte Carlo model for the photon-beam output from the Varian Clinac 2100 linear accelerator was validated to compare the calculated to measured PDD and beam dose profiles The Monte Carlo calculation method is considered to be the most accurate method for dose calculation in radiotherapy. The objective of this study is to build a Monte Carlo geometry of Varian Clinac 2100 linear accelerator as realistically as possible. The Monte Carlo codes used in this work were the BEAMnrc code to simulate the photons beam and the DOSXYZnrc code to examinate the absorbed dose in the water phantom. We have calculated percentage depth dose (PDD) and beam profiles of the 6 MV photon beam for the 6 × 6 cm², 10 × 10 cm² and 15 × 15 cm² field sizes. We have used the gamma index technique for the quantitative evaluation to compare the measured and calculated distributions. Good agreement was found between calculated PDD and beam profile compared to measured data. The comparison was evaluated using the gamma index method and the criterions were 3% for dose difference and 3 mm for distance to agreement. The gamma index acceptance rate was more than 97% of both distribution comparisons PDDs and dose profiles and our results were more developed and accurate. The Varian Clinac 2100 linear accelerator was accurately modeled using Monte Carlo codes: BEAMnrc and DOSXYZnrc codes package.     

相对论速调管放大器中自洽的非线性理论与粒子模拟的比较北大核心CSCD

分别给出了归一化调制电流和电子束动能的积分微分方程,并提出了完整的数值计算方法。对于束压束流分别为511kV,5kA和800kV,8kA两组典型参数,采用非线性理论和二维粒子模拟程序分别计算了电流调制系数和距离的关系。在线性增长区以及当调制电流达到最大值并开始缓慢下降后,理论与模拟都符合得很好。此外还计算了电子束动能和调制电流的n次谐波的模式强度随归一化距离的变化情况:一次和二次谐波强度较大,八次以上谐波幅度较小而可以忽略。     

LEADS-DC: A computer code for intense dc beam nonlinear transport simulation

An intense dc beam nonlinear transport code has been developed. The code is written in Visual FORTRAN 6.6 and has ∼13000 lines. The particle distribution in the transverse cross section is uniform or Gaussian. The space charge forces are calculated by the PIC (particle in cell) scheme, and the effects of the applied fields on the particle motion are calculated with the Lie algebraic method through the third order approximation. Obviously, the solutions to the equations of particle motion are self-consistent. The results obtained from the theoretical analysis have been put in the computer code. Many optical beam elements are contained in the code. So, the code can simulate the intense dc particle motions in the beam transport lines, high voltage dc accelerators and ion implanters.

     

空腔靶激光能量沉积的数值模拟

本文采用随机模拟方法和几何光学追踪方法。研究了不同条件下空腔靶中的激光传播光路:采用线性收缩假设,考虑了激光入射时注入孔的堵口问题 激光在等离子体中吸收的物理机制,包括了逆韧致吸收和共振吸收,还考虑了反向布里渊散射对吸收的影响。在此基础上,改变靶的不同尺寸,计算了不同激光入射条件下激光能量在腔内的沉积,并对一些计算结果进行了讨论     

强流束在二极磁场中传输的模拟计算

为了研究空间电荷力对束流在二极磁场中传输的影响,从理论上用矩阵法分析非强流脉冲束流与强流脉冲束流在二极磁场中的传输矩阵,编写了束流在二极磁场等元件中传输的计算程序。用Powell优化方法计算非强流束传输实现给定的光学条件,用迭代方法计算强流束传输获得自洽解。在不同束流流强条件下,运用该程序与其他程序进行了模拟计算,并对模拟结果进行了比较分析。模拟结果表明:束流流强越大,束流包络曲线横向发散越显著,空间电荷效应越强。     

X波段失谐加速结构的计算

 采用Mafia程序设计X波段失谐加速结构，同时利用Largrange插值的方法计算了加速结构的尺寸，得到了加速结构的特性参数和尾场特性。结果表明，失谐加速结构的品质因子（7 926.0~8 012.2）和分路阻抗（89.7~125.1MΩ/m）比较高，与等阻抗加速结构相比，可以使尾场明显下降，从而降低束流崩溃发生的可能性。     

强流脉冲束在静电加速管中传输研究及模拟计算

为了研究强流脉冲束流在静电加速管中的传输, 采用矩阵法分析了非强流脉冲束流与强流脉冲束流在静电加速管中的传输矩阵, 编写了束流在静电加速管等元件中传输的计算程序ACCT。 用优化方法实现给定的光学条件, 用迭代方法计算强流脉冲束流的空间电荷效应对束流传输的影响以获得自洽解。 在不同束流流强条件下, 利用ACCT、TRACE-3D和TRANSPORT等程序进行了模拟计算, 并对模拟结果进行了比较分析。 模拟结果表明, 提高加速电压比, 可以增强静电加速管的聚焦能力、 减少束流损失和提高传输效率。To study intense pulsed beam transfer in electrostatic accelerate tube, the matrix method was applied to analyze the transport matrixes in electrostatic accelerate tube of non-intense pulsed beam and intense pulsed beam, and a computer code was written for the intense pulsed beam transporting in electrostatic accelerate tube. Optimization techniques were used to attain the given optical conditions and iteration procedures were adopted to compute intense pulsed beam for obtaining self-consistent solutions in this computer code. The calculations were carried out by using ACCT, TRACE-3D and TRANSPORT for different beam currents, respectively. The simulation results show that improvement of the accelerating voltage ratio can enhance focusing power of electrostatic accelerate tube, reduce beam loss and increase the transferring efficiency.     

TOPOPIC对强流束流在周期FODO结构中的传输研究

粒子云网格(Particle In cell,PIC) 方法是研究带电粒子在加速器中运动的关键工具之一。基于PIC 算法,开发了模拟强流条件下的束流动力学模拟程序TOPOPIC(Trace of Particle Orbit with PIC method),并且利用TOPOPIC,研究了束流在四极铁周期结构(FODO) 中的传输问题。结果表明,在强流条件下空间电荷效应显著地影响了束流的整体行为和单粒子的运动轨迹。最后比较了TOPOPIC 程序和通用的BEAMPATH 程序在相同条件下的计算结果,可以看到两个程序给出的模拟结果吻合得非常好,这表明TOPOPIC程序的计算结果是合理、可靠的。The Particle in cell (PIC) method is one of the key techniques in the research of charged particles in accelerators. Based on the PIC method, a new beam simulation code for high intensity beam named TOPOPIC (Trace of particle orbit with PIC method) has been developed. With the code TOPOPIC,the beam behavior during passing through the periodic quadrupole (FODO) structure has been studied. The results show that the nonlinear space charge affects the single particle behavior and beam envelope a lot. At last, the PIC code BEAMPATH is used for benchmark, the results given by TOPOPIC and BEAMPATH show good agreements,which means the code TOPOPIC is reliable.     

热阴极微波电子枪模拟计算

用模拟计算方法,研究了热阴极微波电子枪的束流动力学行为,采用笛卡尔坐标,编制了准三维模拟计算程序──HOTGUN.计算中除考虑了射频场外,还充分考虑了空间电荷效应(空间电荷场为轴对称场)、肖特基效应及稳态负载效应等.文中给出了HOTGUN程序与PARMELA部分模拟结果及中科院高能所自由电子激光室微波电子枪热测实验台部分实验结果的比较,最后以用于北京自由电子激光器的多腔热阴极微波电子枪为例,给出了详细的HOTGUN程序模拟计算结果.     

基于BEM泊松方程求解的空间电荷效应数值模拟

 为了模拟强束流在加速器及其传输线中的行为,用C++语言开发了一种包含空间电荷效应的多粒子跟踪程序(PTP-SC),它在经典的PIC方法基础上,基于边界元法(BEM)和非等距的网格求解泊松方程。束流在自由空间分布的仿真结果与解析结果保持较好的一致性。给出了一条注入线的模拟计算结果,并与ORBIT,TRACE 3-D的计算结果进行比对。结果表明：该程序与采用数值方法的ORBIT程序的计算结果有较好的一致性。该程序可用于直线加速器及回旋加速器中的空间电荷效应模拟。     

EAST中性束注入快离子损失研究

利用经典导心轨道程序ORBIT,结合平衡程序EFIT和输运程序TRANSP,计算了EAST中性束注入后快离子的损失情况.结果表明,4MW(80keV)氘离子的损失份额为29％,2MW(50keV)氘离子的损失份额为31％,损失的快离子有很强的局域性.     

x射线激光传输过程中的折射和饱和效应

以类镍银139nm(4d→4p，J=0→1)的x射线激光为例，采用二维光线追踪的方法，研究了x射线激光在等离子体介质中的折射及增益饱和效应，计算了x射线激光输出强度随焦线长度的变化和饱和输出光强.计算结果表明折射对光线在等离子体中的传输和放大有重要影响.利用实验参数对类镍银x射线激光的输出强度和增益系数进行了模拟，得到与实验相符的结果. 关键词： x射线激光 光线追踪 折射和饱和效应 激光等离子体     

质子散射角分布的蒙特卡罗模拟

利用Monte Carlo模拟软件Fluka2006.3b.2,模拟计算质子经单膜散射后粒子角分布及能量分布.讨论质子束能量、散射体材料及厚度对散射角分布的影响.结果表明：薄的高原子序数材料适合做散射体. 关键词： 质子治疗 束流扩展 单膜散射法 散射角     

紧凑型THz源的史密斯-帕塞尔辐射模拟

 采用模拟和数值计算的方法,研究了THz波段的受激史密斯-帕塞尔辐射特性。实验装置以“上海电子束离子阱”为原型,采用紧凑型设计以便最终实现其可移动性。束流动力学模拟表明,此装置采用强磁场,可以得到平均流强为0.2 A、束流半径为75 μm的高品质电子束,为电子束工作在自由电子激光模式下创造了条件。基于Andrews和 Brau的理论,优化了光栅参数,保证了辐射角度在60°。其中消散场的计算频率为0.365 9 THz。采用particle-in-cell(PIC)程序模拟了光栅表面的辐射场以及电子的动力学特性。模拟结果表明电子有群聚效应,且二次谐波（0.723 THz,约为消散频率的2倍）得到增强。采用后处理方法计算了史密斯-帕塞尔辐射的功率空间分布。计算显示辐射角度与理论角度相一致,表明了方法的有效性。输出的功率约为2 mW。     

高斯初始能量分布下自由电子激光饱和状态的统计理论求解

基于高增益自由电子激光饱和状态的统计物理方法,在不同的电子束相空间初始分布下对原有理论进行了发展和推广,借助于多重数值积分技术解决了粒子束一般动量初始分布带来的计算困难,并以更接近实际的高斯动量分布为例进行计算。作为对比验证编写高斯初始动量分布下的直接数值模拟程序,将高斯初始分布同"水袋"两种初始分布的"暖电子束"入射情形下自由电子激光达到饱和时系统的光强、聚束因子和粒子相空间分布均进行相应计算和比较。结果表明:数值模拟和统计计算结果相一致;在目前选取的参数范围内,两种初始分布的相应结果差异并不显著。     

回旋管双阳极磁控注入枪的边界元法计算

 根据边界元法建立物理与数学模型,编制了计算磁控注入枪的程序。使用该程序设计和模拟一个工作在35 GHz,70 kV,10 A基波回旋行波管放大器的双阳极磁控注入枪,获得较好的模拟结果。并对电子注在不同工作电压和磁场下的质量进行了分析计算。计算表明,边界元法在分析回旋器件电子光学方面是一种非常有效的方法。     

Yields of photonuclear reactions on Sn isotopes at an energy of 29.1 MeV

Yields of photonuclear reaction on natural mixture of Sn isotopes irradiated by bremsstrahlung beam with maximum energy of 29.1 MeV are studied via the residual activity method. Using the TALYS code and a combined model, the cross sections of the photonucleon reaction in stable isotopes of Sn are calculated. Measured yields are compared with the yields calculated using theoretical, experimental, and estimated cross sections.     

BEPC中束束效应的计算模拟

独立开发并行的正负电子储存环的束束效应模拟程序SBBE?.通过求解自由空间内的Poisson方程计算束束作用力;单圈的传输映射中引入了辐射阻尼效应和随机效应.使用它对BEPC中的束束效应进行了计算模拟,并与实测数据进行比较.结果表明,SBBE可以较好地再现BEPC中由束束效应所引发的现象,具备一定的预言能力.本工作为BEPCⅡ的束束效应模拟研究.     

带电粒子束在靶等离子体中能量沉积模拟计算

一、引言 利用轻离子束为驱动源的惯性聚变,已成为很有前途的一个研究方向。美国Sandia研究所最近建成PBFA-Ⅱ装置,它给出离子束能量为2MJ,功率为10~(14)W,能量转换效率可达到20％。用这台设备,可以做聚变点火研究和能量得失相当实验。 我们应用Bethe-Bloch理论和LSS理论,计算带电粒子束与原子相互作用;应用库仑连续慢化理论,计算带电粒子束与等离子体相互作用.将能量沉积理论与一维辐射流体力学程序耦合起来,得到能量沉积随物质状态变化关系.在计算中应用了真实气体状态方程参数.     

速调管离子噪声特性的模拟分析

 离子噪声已成为影响现代微波管性能的一个重要因素，采用一维混合模型研究了速调管的离子噪声，用自编的1维粒子模拟程序对速调管的离子噪声特性进行了分析。采用小信号近似，从理论上推导出了速调管离子噪声与相位畸变关系的表达式，表明微波管相位噪声直接来源于管内离子量的变化。模拟了有离子噪声时速调管的相位特性，对模拟过程做了离子诊断并与实验结果进行比较，证明了模拟过程的正确性。探讨了电子束电流、电压以及聚焦磁场对离子噪声的影响规律，束电流与束电压改变后，离子噪声的周期与大小相应改变，增大束电流，离子噪声幅度会下降，并趋于稳定，而在束电流不变的情况下，离子噪声存在一个最小值。束电流与束电压确定，存在最佳的磁场使离子噪声幅度最小。