对于同步加速器光源来说，越亮越好。通过在加速器中使用明亮的光束，先进光子源（APS) 同步加速器的研究人员可以有效地收集详细数据。RadiaSoft LLC 公司的 Nicholas Goldring 与 APS 的工程师合作创建和分发仿真 App，用于设计与 APS 相关的真空室。以下是他在 COMSOL 用户年会 2018 波士顿站的主题演讲的录像和摘要。
Nicholas Goldring 讨论用于同步加速器设计的仿真 App
优化 APS 同步加速器的电子束亮度
RadiaSoft LLC 公司对粒子加速器和 X 射线光束线进行建模和设计，目前正在与阿贡国家实验室合作改进真空室模拟。APS 升级的目标是提高 X 射线光束的亮度，根据 Goldring 的说法，这是“同步辐射光源的品质因数”。增强光束强度需要弯曲的磁极尖更靠近电子束轴，这反过来又需要更小的真空室。为了适应新的设计，真空室必须从 190 mm 缩小到 22 mm，这使同步辐射的行为更加复杂。正如 Goldring 所说。“我们不仅有更明亮的光束和更高强度的 X 射线，真空室也需要更小，从而导致复杂和耦合的物理现象，包括高热应力、光子激发解吸和电磁波场。”
来自视频：Nicholas Goldring 讨论了升级前后的光束亮度(右上)和真空室(右下)。
为了准确模拟 APS 同步加速器和其他加速器的行为，RadiaSoft 构建了仿真模型，并将它们转换为仿真 App，然后分发给项目利益相关者。
使用仿真 App 和 COMSOL Server™ 升级加速器设计
同步加速器真空室是一个真正的多物理场问题，但在典型的加速器模拟中，Goldring 解释说，“有许多不同的代码[…]，而且它们非常专业”——通常是针对一个物理过程。这是有问题的，因为在仿真之间来回切换容易出错，而且很耗时。
作为这个问题的解决方案，RadiaSoft 的工程师使用 COMSOL Multiphysics® 软件进行射线追踪、热分析、分子流模型等。构建好模型后，他们将其转换为仿真 App，并使用 COMSOL Server™ 部署产品进行分发。这使不熟悉代码或 COMSOL Multiphysics 的科学家和工程师能够运行自己的仿真。
Goldring 说，App 开发器的界面使他能够“将许多不同的模型对象拖放到画布上”，这使事情变得简单。还可以通过内置的 Java® 开发环境将更复杂的功能，例如通过实现自定义算法，添加到仿真 App 中。此外，Goldring 说：“COMSOL® 有一个广泛的 [应用程序界面]，但它们可以通过记录方法轻松访问。”同事们可以通过 COMSOL Server™ 轻松访问 RadiaSoft 基于云的服务器上的仿真 App。“效果非常好”，Goldring 表示。
示例：真空室中的射线
Goldring 讨论的第一个仿真 App 是用于新真空室设计中的射线。App 用户可以定义许多参数，包括：
- 电子束源
- 束弧长
- 弯曲半径
- 电子束能量
- 偶极磁铁的强度
基于这些（和其他）输入，仿真App可以显示腔室中的温度以及射线的能量和功率分布。Goldring 说：“同步辐射功率分布相当复杂，尤其是当它沿着电子轨迹前进时，因此绘制不同点的分布情况通常很好。”
来自视频：Nicholas Goldring 正在展示真空室应用。
通过使用 COMSOL Server™ 部署仿真 App，RadiaSoft 让科学家和工程师能够更轻松地测试和优化加速器设计。
本材料基于美国能源部科学办公室基础能源科学办公室支持的工作，资助编号为 DE-SC0015209。
要了解有关 RadiaSoft 如何使用多物理场仿真和仿真App改进 APS 同步加速器的更多信息，请观看本文开头的主题演讲视频并访问 RadiaSoft 网站。
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