回旋加速器虛擬樣機(jī)技術(shù)

內(nèi)容概要

　　《回旋加速器虛擬樣機(jī)技術(shù)》凝結(jié)了作者近年來在回旋加速器虛擬樣機(jī)技術(shù)等方面的科研成果和經(jīng)驗(yàn)，參考了國內(nèi)外相關(guān)最新研究成果，全面論述了虛擬樣機(jī)這一新的信息技術(shù)在回旋加速器理論與工程中的應(yīng)用。首先介紹回旋加速器的基本原理、發(fā)展歷史、應(yīng)用領(lǐng)域，引出回旋加速器虛擬樣機(jī)體系；以加速器電磁場理論與流動力學(xué)為基礎(chǔ)，以虛擬樣機(jī)技術(shù)和數(shù)值模擬手段為主要方法，系統(tǒng)介紹虛擬樣機(jī)環(huán)境下的回旋加速器各個部件的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證與工程實(shí)現(xiàn)方法，包括主磁鐵設(shè)計(jì)、束流動力學(xué)分析、高頻腔設(shè)計(jì)、虛擬建模技術(shù)、虛擬控制技術(shù)和虛擬樣機(jī)集成技術(shù)。

作者簡介

樊明武院士1965年畢業(yè)于華中工學(xué)院（現(xiàn)華中科技大學(xué)）電機(jī)制造專業(yè)。同年分配到中國原子能科學(xué)研究院從事回旋加速器的研究。多次應(yīng)邀工作于美、英、法等國著名研究所。在中國原子能科學(xué)研究院30MeV強(qiáng)流質(zhì)子回旋加速器研制中，解決了關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)問題，使該加速器達(dá)到20世紀(jì)90年代國際先進(jìn)水平。該加速器被兩院院士投票評選為1996年全國十大科技事件之一，這一事件結(jié)束了我國不能用加速器批量生產(chǎn)中短壽命放射性同位素的局面，標(biāo)志我國回旋加速器的研制能力達(dá)到一個新水平。1999年當(dāng)選中國工程院院士。曾任中國原子能科學(xué)研究院院長、華中科技大學(xué)校長?，F(xiàn)任中國科協(xié)常委、湖北省科協(xié)主席、國務(wù)院學(xué)位委員會委員、湖北省政府參事等職。 研究領(lǐng)域主要為回旋加速器理論、工程及其虛擬樣機(jī)技術(shù)。先后主持并完成了多項(xiàng)國家自然科學(xué)基金、國防基礎(chǔ)研究基金及省部級科研基金項(xiàng)目。獲國家級科技進(jìn)步獎2項(xiàng)，省部級科技進(jìn)步獎11項(xiàng)，在國內(nèi)外重要學(xué)術(shù)刊物和學(xué)術(shù)會議上發(fā)表論文80余篇、專著2本。

書籍目錄

總序本書序前言第1章  緒論1.1  回旋加速器概述1.1.1  均勻場回旋加速器原理1.1.2  滑相與磁場等時性概念1.1.3  等時性回旋加速器1.1.4  靜電引出與剝離引出1.2  數(shù)值模擬與虛擬樣機(jī)概念1.2.1  物理過程的數(shù)值模擬1.2.2  從CAD／CAE／CAM到虛擬樣機(jī)技術(shù)1.2.3  增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)分布式計(jì)算環(huán)境1.2.4  專家數(shù)據(jù)庫1.2.5  虛擬樣機(jī)流程1.3  虛擬樣機(jī)技術(shù)在回旋加速器研發(fā)中的作用1.3.1  早期回旋加速器的部件模擬實(shí)驗(yàn)1.3.2  數(shù)值模擬加速了回旋加速器的研發(fā)進(jìn)程1.3.3  虛擬樣機(jī)技術(shù)改變著傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式1.4  回旋加速器在國民經(jīng)濟(jì)中的應(yīng)用1.4.1  中短壽命放射性同位素生產(chǎn)1.4.2  正電子斷層照相1.4.3  質(zhì)子治療1.4.4  加速器驅(qū)動次臨界系統(tǒng)參考文獻(xiàn)第2章  電磁場數(shù)值計(jì)算與磁鐵工程2.1  磁場數(shù)值分析軟件包2.1.1  電磁場數(shù)值計(jì)算軟件包的通常結(jié)構(gòu)2.1.2  電磁場數(shù)值計(jì)算軟件包簡介2.2  矢量位與標(biāo)量位2.2.1  電磁場的基本方程2.2.2  矢量位2.2.3  標(biāo)量位2.2.4  雙標(biāo)量位2.3  微分方程法和積分方程法2.3.1  有限單元法2.3.2  積分方程法2.3.3  微分方程法與積分方程法的應(yīng)用范圍2.4  回旋加速器主磁鐵設(shè)計(jì)的基本思路2.4.1  基本尺寸的確定2.4.2  調(diào)變度的確定2.5  基于ANSYS的回旋加速器磁場計(jì)算2.5.1  二維磁場計(jì)算2.5.2  三維磁場計(jì)算2.5.3  基于APDL語言程序設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)第3章  回旋加速器束流動力學(xué)理論及其計(jì)算3.1  回旋加速器中粒子的橫向線形運(yùn)動3.1.1  橫向運(yùn)動的穩(wěn)定性3.1.2  橫向線性運(yùn)動方程及其分段解與閉合解3.1.3  Courant-Snyder參數(shù)3.1.4  橫向自由振蕩頻率及其近似解3.1.5  束流相空間、發(fā)射度與劉維定理3.2  回旋加速器中粒子的加速3.2.1  動量發(fā)散與偏離動量軌道3.2.2  回旋加速器中的滑相3.2.3  等時性回旋加速器的磁場分布和滑相計(jì)算3.3  基于虛擬樣機(jī)的束流動力學(xué)分析與磁鐵優(yōu)化3.3.1  基于磁場諧波分析的平衡軌道計(jì)算方法3.3.2  基于數(shù)值積分的平衡軌道計(jì)算方法3.3.3  橫向振蕩頻率的計(jì)算3.3.4  徑向與軸向共振的避免3.3.5  滑相計(jì)算和磁鐵優(yōu)化3.3.6  基于虛擬樣機(jī)的束流動力學(xué)分析實(shí)例：CYCIAE100中心區(qū)試驗(yàn)臺架磁場測量與束流動力學(xué)分析3.3.7  基于虛擬樣機(jī)的磁鐵優(yōu)化實(shí)例：16MeV負(fù)氫緊湊型回旋加速器主磁鐵設(shè)計(jì)3.4  粒子束跟蹤與可視化3.4.1  粒子運(yùn)動方程及數(shù)值積分跟蹤方法3.4.2  單粒子及未考慮空間電荷效應(yīng)的粒子束跟蹤3.4.3  三維環(huán)境下的粒子運(yùn)動仿真參考文獻(xiàn)第4章  回旋加速器高頻諧振腔的設(shè)計(jì)與仿真4.1  回旋加速器高頻系統(tǒng)簡介4.1.1  早期回旋加速器的高頻系統(tǒng)4.1.2  扇形聚焦回旋加速器的高頻系統(tǒng)4.2  諧振腔工作原理與基本分析方法4.2.1  諧振腔工作原理4.2.2  諧振腔基本分析方法4.3  同軸諧振腔分析4.3.1  解析方法4.3.2  等效電路方法4.4  回旋加速器諧振腔數(shù)值分析4.4.1  CYCIAE30回旋加速器諧振腔有限元分析4.4.2  9.6MeV醫(yī)用回旋加速器諧振腔有限元分析4.4.3  CYCIAE100回旋加速器中心區(qū)試驗(yàn)臺架諧振腔有限元分析與測量結(jié)果的比較4.4.4  CYCIAE100回旋加速器諧振腔有限元分析4.4.5  數(shù)值分析中的幾個技術(shù)問題參考文獻(xiàn)第5章  虛擬樣機(jī)建模與機(jī)械分析5.1  回旋加速器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)5.1.1  CYCIAE30磁鐵5.1.2  CYCIAE30高頻系統(tǒng)5.1.3  CYCIAE30離子源及軸向注入系統(tǒng)5.1.4  CYCIAE30的引出系統(tǒng)5.1.5  CYCIAE30真空、水冷系統(tǒng)5.2  虛擬樣機(jī)模型5.2.1  虛擬樣機(jī)模型特點(diǎn)5.2.2  幾何建模技術(shù)5.2.3  三維實(shí)體建模技術(shù)5.2.4  參數(shù)化建模5.2.5  基于特征的建模5.2.6  虛擬環(huán)境下的幾何建模5.2.7  回旋加速器建模應(yīng)用舉例5.3  虛擬裝配仿真5.3.1  裝配建模5.3.2  裝配仿真5.4  機(jī)械設(shè)計(jì)分析5.4.1  機(jī)械誤差對加速器性能的影響5.4.2  應(yīng)力形變對結(jié)構(gòu)的影響5.4.3  工程藍(lán)圖生成5.4.4  數(shù)字模型的共享參考文獻(xiàn)第6章  回旋加速器虛擬控制技術(shù)6.1  加速器控制系統(tǒng)簡介6.1.1  加速器控制系統(tǒng)的需求6.1.2  加速器常用控制軟件包6.2  基于面向?qū)ο蟮腃VCC系統(tǒng)框架及人機(jī)界面設(shè)計(jì)6.2.1  面向?qū)ο笈c可重用技術(shù)簡介6.2.2  CVCC的需求分析6.2.3  CVCC概念模型6.2.4  基于MVC模式的CVCC框架設(shè)計(jì)6.2.5  人機(jī)界面構(gòu)造6.2.6  加速器控制系統(tǒng)建模與仿真6.3  基于有限狀態(tài)機(jī)的回旋加速器順序控制仿真6.3.1  加速器順序控制系統(tǒng)6.3.2  回旋加速器順序控制與連鎖系統(tǒng)的模型分析6.3.3  基于Stateflowr的回旋加速器順序控制建模與仿真6.4  使用Simulink和Real-time Workshop的連續(xù)控制仿真與代碼集成6.4.1  Simulink簡介6.4.2  RTW代碼生成、編譯與集成參考文獻(xiàn)第7章  基于混合編程的虛擬樣機(jī)集成平臺7.1  虛擬樣機(jī)集成平臺的需求和集成工具的選擇7.1.1  虛擬樣機(jī)平臺的體系結(jié)構(gòu)和需求分析7.1.2  集成平臺方案關(guān)鍵元素7.2  基于混合編程和PytHon的虛擬樣機(jī)集成平臺框架設(shè)計(jì)7.2.1  基本方案7.2.2  升級組件7.3  虛擬樣機(jī)集成平臺的實(shí)現(xiàn)參考文獻(xiàn)后記

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《回旋加速器虛擬樣機(jī)技術(shù)》由湖北科學(xué)技術(shù)出版。

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