Titelaufnahme

Titel
Simulating transient effects of pulsed beams on beam intercepting devices / Herta Richter
VerfasserRichter, Herta
Begutachter / BegutachterinAiginger, Hannes ; Benedikt, Michael
Erschienen2011
UmfangX, 176, 3 S. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Diss., 2011
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)ANSYS AUTODYN / FLUKA / Simulationen / hochdynamische Vorgänge / Uranionen / metallische Targets / Targetschädigung / Mikrografie / Laser Doppler Vibrometer / Kollimatoroberflächenschwinungungen
Schlagwörter (EN)ANSYS AUTODYN / FLUKA / simulations / highly dynamical processes / uranium ions / metal targets / target damage / micrography / Laser Doppler Vibrometer / surface oscillations of collimator
Schlagwörter (GND)Teilchenstrahl / Hohe Energie / Target / Ausgleichsvorgang / Computersimulation
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-38354 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
 Das Werk ist frei verfügbar
Dateien
Simulating transient effects of pulsed beams on beam intercepting devices [25.61 mb]
Links
Nachweis
Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Die Entwicklung in der Physikgemeinschaft in Richtung höherer Strahlleistung durch die Möglichkeiten der Teilchenstrahlbeschleuniger hat zu Herausforderungen für die EntwicklerInnen von Elementen, die der Einwirkung von Teilchenstrahlen ausgesetzt sind (beam intercepting devices =BIDs), geführt. Für die Gestaltung der BIDs müssen die zunehmende Wärmebelastung in diesen Bauteilen aufgrund von energetischen und fokussierten Strahlen sowie - für viele Fälle - auch ihre hohe gepulste Natur berücksichtigt werden. Die Ansprüche seitens der Physik stehen manchmal im Gegensatz zum aktuellen Stand der Technik.

Als eine Möglichkeit von vielen, die verschiedenen Aspekte dieser anspruchsvollen Anforderungen miteinander zu verknüpfen, wurden in dieser Dissertation zwei hoch entwickelte Computerprogramme, nämlich FLUKA und ANSYS AUTODYN, miteinander kombiniert. Das Erste ist ein weit entwickelter Monte-Carlo-Code, der auf die Wechselwirkung von Teilchen mit statischer Materie spezialisiert ist, während Letzteres ein vielseitiger expliziter Code für die Simulation hochdynamischer Vorgänge ist. Beide Computerprogramme wurden intensiv über viele Jahre entwickelt und werden immer noch kontinuierlich überarbeitet, damit sie ihr bestmögliches Potenzial erreichen. Als Folge ihrer getrennten Entwicklungsgeschichte erfordert eine Kombination beider Programme einen großen Arbeitsaufwand - sowohl an den Grenzen ihres physikalischen Anwendungsbereiches, als auch bei Anpassungen im Bereich der Informationstechnologie. Diese aktuell vorliegende Arbeit hat nicht alle notwendigen Integrationspunkte berührt, aber ist ein erster Schritt in Richtung einer Koppelung innerhalb eines praktikablen Zeitrahmens.

Für mit hochenergetischen Uranionen bestrahlte metallische Targets wurden in Simulationen verschiedene Materialmodelle miteinander verknüpft und ein Parameter, der die Schädigung des Materials beschreibt, wurde variiert. Im Fall von zwei Kupfer-Targets führte dieses Verfahren erfolgreich zu einer qualitativen Übereinstimmung der Simulationen mit den experimentellen Ergebnissen.

Zusammenfassung (Englisch)

The development in the physics community towards higher beam power through the possibilities of particle accelerators lead to challenges for the developers of elements which are exposed to effect of particle beams (beam intercepting devices =BIDs). For the design of BIDs, the increasing heat load onto these devices due to energetic and focused beams and - in most cases - their highly pulsed nature has to be taken into account. The physics requirements are sometimes opposed to the current state of the art. As one possibility of many in combining the different aspects for these ambitious demands, two highly developed computer programs, namely FLUKA and ANSYS AUTODYN, were joined for this dissertation. The former is a widely enhanced Monte-Carlo-code which specializes on the interaction of particles with static matter, while the latter is a versatile explicit code for the simulation of highly dynamic processes. Both computer programs were developed intensively over years and are still continuously enhanced in order to achieve their best potential. As a consequence of their separate development histories, their combination requires a large amount of work - at the physics limits of their application as well as at the frontier of computing technology. The current work did not touch all different points needed for a full integration, but it is a first step towards their coupling within a feasible time frame.

For the simulation of metallic targets irradiated with highly energetic uranium ions different material models have been combined and one parameter describing the damage of the material was varied. In the case of two copper targets, this procedure led to a qualitative agreement between simulations and experimental results.