Հայաստանի ատենախոսությունների բաց մատչելիության պահոց = Open Access Repository of the Armenian Electronic Theses and Dissertations (Armenian ETD-OA) = Репозиторий диссертаций Армении открытого доступа

Արագացուցիչների մեջ էլեկտրոնային փնջերի կոլիմացիոն և ճառագայթային էֆեկտների հետազոտություն

Պետրոսյան, Վահան Հենրիի (2019) Արագացուցիչների մեջ էլեկտրոնային փնջերի կոլիմացիոն և ճառագայթային էֆեկտների հետազոտություն. PhD thesis, ՔԵՆԴԼ Սինքրոտրոնային hետազոտությունների ինստիտուտ.

[img] PDF (Abstract)
Available under License Creative Commons Attribution.

Download (879Kb)
    [img]
    Preview
    PDF (Thesis)
    Available under License Creative Commons Attribution.

    Download (3684Kb) | Preview

      Abstract

      Представлены результаты исследований посвященные взаимодействию электронного пучка ЕXFEL с коллиматорами и медными поглотителями, а также взаимодействию электронного пучка FLASH FEL с коническим коллиматором. Коллиматоры используются в установках FLASH FEL и EXFEL DESY для обрезания гало электронного пучка, состоящего из частиц с высокими бетатронными амплитудами. Численные расчеты и моделирование геометрических характеристик были выполнены с использованием компьютерных программных пакетов FLUKA и SIMPLE GEO. Остаточные дозы излучения рассчитаны на случаи различных временных периодов облучения и охлаждения. Выбор кода FLUKA основан на том, что доступна современная обновленная версия кода, и FLUKA дает возможность отслеживать частицы до низких энергий, потребляя достаточно доступные вычислительные ресурсы и время. FLUKA широко используется для исследований и разработок в области радиационной защиты в ЦЕРН, SLAC, CEBAF и других ускорительных центрах. Представлены результаты исследования вторичного радиационного поля в машинном зале AREAL и в экспериментальных комнатах. Для численного моделирования поля излучения в качестве начальных параметров элекронного пучка были использованы данные, полученные в результате экспериментальных измерений энергии пучка, тока, энергетической ширины, размера пучка и т. д. Результаты измерения дозы облучения были сопоставлены с числовыми значениями, и полученное удовлетворительное согласие подтверждает эффективность выбора численного метода. Данные измерения дозы были использованы для оценки некоторых физических величин, которые недоступны для непосредственного измерения. Посредством моделирования с помощью программного пакета FLUKA рассчитано требуемое время экспозиции для различных образцов в AREAL, чтобы обеспечить необходимую величину поглощенной дозы при заданных параметрах пучка. Получены также объемные распределения дозы в образцах. Входные параметры для цифрового моделирования взаимодействия с экспериментальными образцами электронного пучка были взяты на основе экспериментальных данных.Важной целью диссертационной работы является улучшение параметров пучка в современных электронных ускорителях (FLASH FEL и EXFEL) посредством исследование взаимодействия пучка с веществом при коллимации. Еще одной целью диссертационной работы является решение задач радиационной защиты, связанные с возникновением вторичного излучения при взаимодействии электронного пучка линейного ускорителя низкой энергии с оборудованием и воздухом. Изучение характеристик поглощенных доз ионизирущего излучения экспериментальными образцами в иррадиационных экспериментах на линейном электронном ускорителе низкой энергии является еще одной важной целью. Создана цифровая модель на основе программного обеспечения FLUKA для цифрового моделирования взаимодействия электронного пучка ускорителя с коллиматорами, ускорительным оборудованием и экспериментальными образцами. Проведены сравнения численных и экспериментальных результатов. Полученное удовлетворительное согласие подтверждает эффективность выбора численного метода. Результаты взаимодействия электронного пучка ускорителя с веществом использованы для проектирования системы радиационной защиты на линейном электронном ускорителе низкой энергии AREAL. Данные измерения дозы были использованы для оценки некоторых физических величин, которые недоступны для непосредственного измерения. Результаты моделирования показывают, что система двух коллиматоров (из 4 установленных) достаточна, чтобы эффективно избавиться от гало пучка EXFEL, попадающего в секцию коллиматоров. Результаты цифрового моделирования взаимодействия пучка FLASH с коническим коллиматором полезны для мероприятий по минимизации деградационного эффекта излучения на постоянные магнитные блоки ондулятора. Полученные результаты позволяют рассчитать и создавать адекватную и эффективную систему радиационной защиты на линейном ускорителе низкой энергии AREAL. На основе модели можно рассчитать количество дозы, распределение и необходимое время воздействия пучка на образцы для экспериментов на линейном ускорителе AREAL. Проведено численное моделирование взаимодействия с коллиматором электронного пучка для Европейской XFEL, а также взаимодействие пучка FLASH FEL с коническим коллиматором, используя программу Монте Карло моделирования треков частиц FLUKA. Учитывались сложная геометрическая форма и состав материала коллиматоров. Моделирование пространственного распределения поглощенной дозы в материале коллиматоров и потоков частиц с торцевой поверхности коллиматораов было смоделировано для полного вторичного излучения и его основных фотонных и нейтронных компонентов. Вычислены остаточная дозы после облучения материала коллиматора электронным пучком. Взаимодействие пучка фотоэлектронной пушки AREAL с материалом было смоделировано с использованием программного обеспечения для отслеживания частиц. Потоки вторичных частиц, возникающие в определенных местах, представляющих интерес в экспериментальном зале установки AREAL, были рассчитаны с использованием данных, полученных с помощью системы диагностики пучка; в частности, на приборах Faraday Cups (FC) и на системах люминисцентных YAG экранов. EXFEL էլեկտրոնային փնջի փոխազդեցությունը բարդ կառուցվածքի կոլիմատորների եւ պղնձի կլանիչների հետ, որոնք տեղակայված են օնդուլյատորի հատվածների միջև և FLASH FEL փնջի կոնաձև կոլիմատորի հետ փոխազդեցությունը մոդելավորվել են FLUKA մասնիկների հետագծերի մոդելավորման կոմպյուտերային ծրագրի միջոցով: FLUKA- ի ընտրությունը հիմնված է այն փաստի վրա, որ ծրագրի ժամանակակից թարմացված տարբերակը հասանելի է, և FLUKA- ն հնարավորություն է տալիս մասնիկներին հետեվել մինչև ցածր էներգիաներ, սպառելով բավականաչափ մատչելի հաշվարկային ռեսուրսներ և ժամանակ: FLUKA- ն լայնորեն կիրառվում է CERN- ի, SLAC- ի, CEBAF- ի եւ այլ արագացուցչային կենտրոններում ճառագայթային պաշտպանության հետազոտության և զարգացման համար: Սիմուլյացիայի արդյունքները ցույց են տալիս, որ երկու կոլիմատորները (4 տեղադրվածներից) բավարար են կոլիմատորների բաժին մտնող փնջի հալոից ազատվելու համար: FLASH FEL փնջի կոնաձև կոլիմատորի հետ փոխազդեցության թվային մոդելավորման արդյունքներն օգտագործվում են օնդուլյատորի հաստատուն մագնիսների բլոկների վրա ճառագայթման դեգրադացնող ազդեցությունը նվազեցնող միջոցների համար: Կատարվել է AREAL մեքենայի դահլիճում և փորձարարական սենյակներում երկրորդական ճառագայթման դաշտի թվային մոդելավորում: Մոդելավորման մուտքային բնութագրերը բխում են փնջի պարամետրերի ախտորոշիչ չափումներից: Թվային մոդելավորման եւ դոզան չափումները ապահովեցին այն տվյալները, որոնք հնարավորություն տվեցին մշակել անհրաժեշտ ընթացակարգերը եւ ստեղծել ճառագայթային պաշտպանության համակարգ, որպեսզի AREAL մեքենայի դահլիճի եւ փորձարարական սենյակների առաջացող դոզանները բավարարեն սարքավորումների եւ անձնակազմի ճառագայթային անվտանգության պահանջները: Դոզայի հզորության չափումների արդյունքները համեմատվել են թվային սիմուլյացիայի արժեքների հետ, եւ բավարար համաձայնություն է հայտնաբերվել, որը հաստատում է մոդելավորման մեթոդի ընտրության վավերությունը: Դոզայի չափման տվյալները օգտագործվել են փնջի ախտորոշման տվյալների ճշգրտության բարելավման համար: Մասնավորապես, հայտնաբերվել է, որ ճառագայթային էներգիայի նախնական լայնութը մոտովորապես 1.5% է: Թվային մոդելավորման օգնությամբ կլանված դոզանները, բաշխումը և նմուշների ճառագայթահարման պահանջվող ժամանակահատվածը հաշվարկվել են AREAL գծային արագացուցիչում նյութագիտության եւ կենսաբանական գիտափորձերի համար: Սիմուլյացիան իրականացվել է տվյալ ճառագայթային պարամետրերի (էներգետիկ, ընթացիկ, տարածական չափերի եւ տարաձայնությունների) համար `հաշվի առնելով նմուշի կազմությունը և երկրաչափական պարամետրերը: Մասնավորապես, BST բարակ թաղանթի ծավալի մեջ կլանված դոզայի հաշվարկված տարածական բաշխումը, ըստ էության, համասեռ էր: The interaction of the EXFEL electron beam with complex-shaped collimators and copper absorbers placed between the undulator sections, and the interaction of the FLASH FEL beam with a conical collimator were modeled using the FLUKA particle tracking program. The choice of FLUKA code is based on the fact that a modern updated version of the code is available and FLUKA makes it possible to track particles to low energies, consuming sufficiently affordable computational resources and time. FLUKA is widely used for research and development in radiation protection at CERN, SLAC, CEBAF and other accelerator centers. The simulation results show that two collimators (out of 4 installed) are enough to get rid of the beam halo effectively entering the collimator section. The results of digital simulation of the interaction of a FLASH beam with a conical collimator are used for measures to minimize the degradation effect of radiation on blocks of permanent magnets of the undulator. A numerical simulation of the secondary radiation field in the AREAL machine hall and in the experimental rooms was carried out. The input parameters for the simulation are derived from diagnostic measurements of the beam parameters. Numerical simulation and dose measurement provided data that made it possible to develop the necessary procedures and create radiation protection barriers so that the dose levels in the AREAL machine room and the experimental rooms meet the radiation safety requirements for equipment and personnel. The results of dose rate measurements were compared with the numerical simulation values, and satisfactory agreement was found, which confirms the validity of the choice of simulation method Dose measurement data was used to improve the accuracy of beam diagnostics data. It was found, in particular, that the initial spread of the beam energy was about 1.5%. With the help of numerical simulation, the absorbed doses, distribution and at the required time of the beam impact on the samples were calculated for experiments on materials science and life science at the AREAL linear accelerator. The simulation was carried out for the given beam parameters (energy, current, spatial dimensions and divergence) taking into account the geometric and compositional parameters of the sample. In particular, the calculated spatial distribution of the absorbed dose in the volume of a thin BST film turned out to be essentially uniform.

      Item Type: Thesis (PhD)
      Additional Information: Արագացուցիչների մեջ էլեկտրոնային փնջերի կոլիմացիոն և ճառագայթային էֆեկտների հետազոտություն: Исследование коллимационных и радиационных эффектов электронного пучка в ускорителях.
      Uncontrolled Keywords: Պետրոսյան Վահան Հենրիի, Петросян Ваган Генриевич
      Subjects: Physics
      Divisions: UNSPECIFIED
      Depositing User: NLA Circ. Dpt.
      Date Deposited: 30 Jan 2020 13:33
      Last Modified: 31 Jan 2020 13:42
      URI: http://etd.asj-oa.am/id/eprint/10793

      Actions (login required)

      View Item