Mô phỏng quá trình gia tốc hạt proton trong thiết bị cyclotron kotron 13 tại trung tâm chiếu xạ hà nội

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - MAI VĂN VINH MAI VĂN VINH MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH GIA TỐC HẠT PROTON TRONG THIẾT BỊ CYCLOTRON KOTRON-13 TẠI TRUNG TÂM CHIẾU XẠ HÀ NỘI KỸ THUẬT HẠT NHÂN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT HẠT NHÂN 2015 Hà Nội – 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI MAI VĂN VINH MƠ PHỎNG Q TRÌNH GIA TỐC HẠT PROTON TRONG THIẾT BỊ CYCLOTRON KOTRON-13 TẠI TRUNG TÂM CHIẾU XẠ HÀ NỘI Chuyên ngành: KỸ THUẬT HẠT NHÂN LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT HẠT NHÂN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGUYỄN XUÂN HẢI Hà Nội – 2018 LỜI CẢM ƠN Trong q trình hồn thành luận văn, nhận đƣợc nhiều quan tâm, động viên, giúp đỡ quý thầy cô, gia đình bạn bè Xin cho phép tơi đƣợc bày tỏ lịng biết ơn chân thành đến: TS.NGUYỄN XUÂN HẢI Thầy ngƣời tận tình hƣớng dẫn, bảo giúp đỡ cho suốt trình thực luận văn TS.ĐẶNG QUANG THIỆU, giám đốc Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội, ngƣời ủng hộ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành luận văn Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến quý thầy cô, anh chị công tác Viện Kỹ thuật Hạt nhân Vật lý môi trƣờng, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội ngƣời nhiệt tình giảng dạy giúp đỡ tơi suốt q trình học tập Ngồi xin chân thành cảm ơn đến kĩ sƣ hãng Samyoung Unitech, ngƣời cung cấp cho tơi thơng số xác máy gia tốc KOTRON-13 Cuối xin cảm ơn tất bạn giúp đỡ, động viên đóng góp ý kiến cho tơi suốt q trình học tập nhƣ trình thực luận văn Hà Nội, tháng năm 2018 MAI VĂN VINH LỜI CAM ĐOAN Tôi tên Mai Văn Vinh, học viên cao học ngành Kỹ thuật hạt nhân, Khóa 2015B, Viện Kỹ thuật hạt nhân Vật lý môi trƣờng – Trƣờng đại học Bách khoa Hà Nội Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ: “Mơ q trình gia tốc hạt proton thiết bị cyclotron KOTRON-13 Trung tâm chiếu xạ Hà Nội” cơng trình nghiên cứu riêng tôi, số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Tác giả MAI VĂN VINH MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .5 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT LỜI MỞ ĐẦU .9 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY GIA TỐC CYCLOTRON VÀ KOTRON-13 12 1.1 Tổng quan máy gia tốc cyclotron 12 1.2 Cơ sở gia tốc hạt máy gia tốc cyclotron 14 1.2.1 Các phƣơng trình điện từ máy gia tốc cyclotron 14 1.2.2 Nguyên lý hoạt động máy gia tốc cyclotron 18 1.3 Giới thiệu máy gia tốc KOTRON-13 Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội 30 CHƢƠNG 2: XÂY DỰNG PHƢƠNG PHÁP MÔ PHỎNG QUỸ ĐẠO CỦA CHÙM HẠT 34 2.1 Giới thiệu phần mềm GEANT4 mô máy gia tốc 34 2.2 Xây dựng phƣơng pháp mô quỹ đạo hạt máy gia tốc cyclotron KOTRON-13 38 2.2.1 Mơ hình hóa cyclotron KOTRON-13 .39 2.2.1.1 Mơ hình hóa từ trƣờng .40 2.2.1.2 Mơ hình hóa điện trƣờng 43 2.2.1.3 Mơ hình hóa nguồn ion 44 2.2.2 Khai báo trình vật lý 44 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN .45 3.1 Mơ hình cyclotron KOTRON-13 Geant4 .45 3.2 Kết mô quỹ đạo chùm hạt 48 3.2.1 Kết mô quỹ đạo chuyển động hạt vùng từ trƣờng trung tâm 48 3.2.1.1 Khảo sát vị trí nguồn 50 3.2.1.2 Khảo sát phƣơng phát hạt .51 3.2.1.3 Khảo sát động ban đầu hạt 52 3.2.2 Kết mô quỹ đạo chuyển động hạt vùng từ trƣờng trung tâm thay đổi Hill Valley 53 3.2.2.1 Khảo sát vị trí nguồn 54 3.2.2.2 Khảo sát phƣơng phát hạt .55 3.2.2.3 Khảo sát động ban đầu hạt 56 KẾT LUẬN .57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 PHỤ LỤC 59 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Dịng điện dây dẫn 16 Hình 1.2: Dòng điện tụ 16 Hình 1.3: Mối liên hệ vị trí hạt pha dao động 18 Hình 1.4: Sơ đồ cấu tạo máy gia tốc cyclotron cổ điển 19 Hình 1.5: Quỹ đạo chuyển động dạng từ trƣờng cyclotron cổ điển .20 Hình 1.6: Dạng dao động betatron hạt theo phƣơng đứng ngang 23 Hình 1.7: Đồ thị Tune Diagram máy cyclotron 23 Hình 1.8: Dạng từ trƣờng phân bố máy gia tốc cổ điển lực hội tụ hạt 24 Hình 1.9: Pha dao động hạt chuyển động RF .25 Hình 1.10: Quan hệ gia tốc pha dao động hạt 26 Hình 1.11: Dạng từ trƣờng máy gia tốc theo ý tƣởng Thomas 27 Hình 1.12: Dạng quỹ đạo chuyển động hạt máy Thomas AVF 27 Hình 1.13: Máy gia tốc cyclotron KOTRON-13 31 Hình 1.14: Sơ đồ khối máy gia tốc KOTRON-13 31 Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc lớp mô GEANT4 36 Hình 2.2: Sơ đồ khối phƣơng pháp mô 38 Hình 2.3: Mơ hình cyclotron KOTRON-13 cần thiết lập 39 Hình 2.4: Cấu tạo nam châm điện máy KOTRON-13 .40 Hình 2.5: Hình ảnh thực tế mơ hình vùng từ trƣờng trung tâm cần thiết lập .41 Hình 2.6: Hình ảnh thực tế mơ hình vùng Hill cần thiết lập 42 Hình 2.7: Hình ảnh thực tế mơ hình vùng Valley cần thiết lập 43 Hình 2.8: Hình ảnh thực tế mơ hình điện trƣờng cần thiết lập 43 Hình 3.1: Mơ hình vùng từ trƣờng trung tâm cyclotron Geant4 .45 Hình 3.2: Mơ hình vùng Hill KOTRON-13 Geant4 46 Hình 3.3: Mơ hình vùng Valley KOTRON-13 Geant4 46 Hình 3.4: Mơ hình điện trƣờng KOTRON-13 Geant4 47 Hình 3.5: Mơ hình KOTRON-13 Geant4 48 Hình 3.6: Quỹ đạo hạt vùng trung tâm KOTRON-13 theo phƣơng ngang phƣơng thẳng đứng .49 Hình 3.7: Vị trí nguồn ảnh hƣởng đến quỹ đạo chuyển động hạt vùng trung tâm 50 Hình 3.8: Phƣơng phát hạt ảnh hƣởng đến quỹ đạo chuyển động hạt vùng trung tâm 51 Hình 3.9: Động ban đầu hạt ảnh hƣởng đến quỹ đạo chuyển động hạt vùng trung tâm 52 Hình 3.10: Quỹ đạo hạt vùng từ trƣờng thay đổi KOTRON-13 theo phƣơng ngang phƣơng thẳng đứng .53 Hình 3.11: Vị trí nguồn ảnh hƣởng đến quỹ đạo chuyển động hạt vùng từ trƣờng thay đổi Hill Valley 54 Hình 3.12: Phƣơng phát hạt ảnh hƣởng đến quỹ đạo chuyển động hạt vùng từ trƣờng thay đổi Hill Valley .55 Hình 3.13: Động ban đầu hạt ảnh hƣởng đến quỹ đạo chuyển động hạt vùng từ trƣờng thay đổi Hill Valley 56 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Hệ phƣơng trình Maxwell .14 Bảng 1.2: Các thông số máy gia tốc cyclotron KOTRON-13 33 Bảng 2.1: Giá trị từ trƣờng vùng máy gia tốc cyclotron KOTRON-13 40 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT TT KÝ HIỆU TIẾNG ANH TIẾNG VIỆT RF Radio-frequency Tần số vô tuyến B Magnetic field Từ trƣờng B0 The magnetic field in the center of the cyclotron Từ trƣờng tâm máy gia tốc cyclotron D Electric displacement vector Véc tơ dịch chuyển điện E Electric field Điện trƣờng H Magnetic filed intensity Cƣờng độ từ trƣờng I Current intensity Cƣờng độ dòng điện The electric charge density Mật độ điện tích c Light velocity Vận tốc ánh sáng 10 g Gravity constant Hằng số hấp dẫn 11 Z Charge state of particles Điện tích hạt 12 n Number of turns Số vòng 13 h Harmonic mode of the cyclotron operation Hệ số harmonic Phase shift of particles Sự thay đổi pha gia tốc hạt Amplitude of the magnetic field imperfection Vi phân từ trƣờng 16 Nominal value of the isochronous magnetic field Giá trị trung bình từ trƣờng đẳng thời 17 Bending radius (m) Bán kính uốn (m) 14 15 dB 3.2.2.3 Khảo sát động ban đầu hạt Khảo sát với trƣờng hợp lƣợng ban đầu thay đổi cỡ vài trăm keV so với giá trị khảo sát (870.0*keV), kết mơ đƣợc thể Hình 3.13 (850.0*keV) (880.0 *keV) Hình 3.13: Động ban đầu hạt ảnh hƣởng đến quỹ đạo chuyển động hạt vùng từ trƣờng thay đổi Hill Valley Hình 3.13 cho thấy quỹ đạo chuyển động trƣờng hợp lƣợng giảm vùng Hill quỹ đạo hạt bị bẻ cong dính sát Với trƣờng hợp lƣợng lớn, ban đầu hạt chuyển động ổn định mặt phẳng gia tốc, nhiên số vòng gia tốc lớn, lƣợng tăng lên làm hạt bị văng khỏi mặt phẳng gia tốc chuyển động kiểm soát Nhƣ giá trị động (870.0*keV) giá trị cho kết quỹ đạo phù hợp Kết luận : Từ kết khảo sát ta rút đƣợc thông số nguồn tối ƣu cho vùng từ trƣờng thay đổi nhƣ sau: Vị trí: (10.1*cm, 2.877*cm, 0.0*cm) ; Phƣơng phát: (sin(21.0*deg),cos(21.0*deg),0.0); Năng lƣợng: (870.0*keV); 56 KẾT LUẬN Đề tài “Mơ q trình gia tốc hạt proton thiết bị cyclotron KOTRON-13 Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội” với mục tiêu mô quỹ đạo chuyển động Proton trình gia tốc, khảo sát phân tích yếu tố ảnh hƣởng đến quỹ đạo chuyển động hạt thơng số nguồn bao gồm vị trí, lƣợng phƣơng phát Từ xác định đƣợc thông số nguồn tối ƣu, nhằm tránh mát hạt trình gia tốc Nhìn chung luận văn hoàn thành đƣợc mục tiêu đặt ra, kết nghiên cứu tin cậy phù hợp với lý thuyết Tuy nhiên, hƣớng nghiên cứu phức tạp cần phải đƣợc thực lâu dài để nâng cao độ xác nhƣ mơ tồn diện đƣợc ảnh hƣởng lên quỹ đạo hạt q trình gia tốc Mơ hình mô cho máy gia tốc KOTRON-13 đƣợc xây dựng Geant4 cơng cụ tiếp tục phát triển hồn thiện để khơng phục vụ cho cơng tác đào tạo, quản lý vận hành mà cịn ứng dụng nghiên cứu cải tiến thiết kế máy gia tốc KOTRON-13 Kiến nghị Từ trình tìm hiểu sở gia tốc hạt khảo sát hệ mô phỏng, tác giả xin kiến nghị nhƣ sau: Để mô đƣợc sát với thực tế thật cần phải có thực nghiệm đo đạc tính tốn chi tiết thiết kế nam châm điện, để từ trƣờng vùng Hill Valley có thăng giáng phù hợp, đảm bảo lực hội tụ cạnh cho chùm hạt phù hợp, tránh mát hạt trình gia tốc 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Accelconf.web.cern.ch/accelconf/c75/papers/j-01.pdf [2] D.H An, J.S Chai, H.S Chang, al., The Stripping Extraction System in The Kirams-13Cyclotron, Proceedings of APAC (2004) [3] Dong Hyun An, Introduction to Cyclotron, Lab of Accelerator Development KIRAMS, Seoul, Korea 05/12/2008 [4] F.Chautard, Beam dynamics for cyclotrons, ERN Report of this CERN Accelerator School on Small Accelerators, Zeegse, the Netherlands, 24 May – June 2005 [5] Geant4 User’s Guide for Toolkit Developers xem http://geant4-userdoc.web.cern.ch/geant4userdoc/UsersGuides/ForToolkitDeveloper/fo/BookForToolDev.pdf [6] J.J Livingood, Principles of Cyclic Particle Accelerators, Van Nostrand, New York, 1961) [7] “List of accelerators in particle physics” xem https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_accelerators_in_particle_physics [8] “Maxwell's Equations’’ xem http://www.maxwells-equations.com/ [9] S Humphries, Principles of Charged Particle Acceleration, (Wiley, New York, 1986) [10] Saefurrochman, Taufik, A Dwiatmaja, et al., Initial Calculation of 13 MeV Cyclotron Magnet, Proceedings of Meeting and Scientific Presentations of Accelerator Technology and Its Application (2009) 43 (in Indonesia) [11] Y.S.Kim, Dong Hyun An, New design of the KIRAMS-13 cyclotron for regional cyclotron, KIRAMS, Seoul, Korea apan Proceedings of APAC 2004 58 PHỤ LỤC Phụ lục 2.1: Khai báo mơ hình cyclotron KOTRON-13 #include "Accelerator_DetectorConstruction.hh" #include "G4MagneticField.hh" #include "G4ElectricField.hh" #include "G4UniformMagField.hh" #include "G4UniformElectricField.hh" #include "G4FieldManager.hh" #include "G4TransportationManager.hh" #include "G4MagIntegratorStepper.hh" #include "G4Mag_UsualEqRhs.hh" #include "G4ClassicalRK4.hh" #include "G4ExplicitEuler.hh" #include "G4ChordFinder.hh" #include "G4EqMagElectricField.hh" #include "G4PropagatorInField.hh" #include "G4Material.hh" #include "G4Box.hh" #include "G4Tubs.hh" #include "G4LogicalVolume.hh" #include "G4PVPlacement.hh" #include "G4PVReplica.hh" #include "G4Cons.hh" #include "G4GeometryTolerance.hh" #include "G4GeometryManager.hh" #include "G4NistManager.hh" #include "G4PropagatorInField.hh" #include "G4VisAttributes.hh" #include "G4Colour.hh" #include "G4SDManager.hh" #include "G4SystemOfUnits.hh" #include "G4UnionSolid.hh" #include "G4IntersectionSolid.hh" #include "G4SubtractionSolid.hh" #include "G4PhysicalVolumeStore.hh" #include "G4LogicalVolumeStore.hh" #include "G4SolidStore.hh" #include "G4UnitsTable.hh" #include "globals.hh" #include "G4ThreeVector.hh" #include "G4RotationMatrix.hh" #include "G4PhysicalConstants.hh" #include #include "G4UniformMagField.hh" #include "G4SimpleRunge.hh" Accelerator_DetectorConstruction::Accelerator_DetectorConstruction () { DefineMaterials(); } 59 Accelerator_DetectorConstruction::~Accelerator_DetectorConstructio n() { } // Magnetic field method void Accelerator_DetectorConstruction::ConstructField() { static G4TransportationManager* trMgr= G4TransportationManager::GetTransportationManager(); // A field object is held by a field manager // Find the global Field Manager G4FieldManager* globalFieldMgr= trMgr->GetFieldManager(); static G4bool fieldIsInitialized = false; if(!fieldIsInitialized) { // Set different values for the field // Create the field and set it in the field manager G4MagneticField* myField = 0; G4ThreeVector fieldVector( 0.0, 0.0, 0.0 ); myField = new G4UniformMagField( fieldVector ); globalFieldMgr->CreateChordFinder(myField); globalFieldMgr->SetDetectorField(myField); G4cout FindOrBuildMaterial("G4_Galactic"); air = man->FindOrBuildMaterial("G4_AIR"); G4double density = universe_mean_density; //from G4PhysicalConstants.hh G4double pressure = 1.e-19*pascal; // Vacuum is an ordinary gas with very low density G4double temperature = 0.1*kelvin; G4double z,a; Vacuum = new G4Material("Vacuum", z=1., a=1.01*g/mole, density, kStateGas,temperature,pressure); } G4VPhysicalVolume* Accelerator_DetectorConstruction::Construct() { // World G4double World_X=100.0*cm, World_Y=100.0*cm, World_Z=100.0*cm; G4Box * Worldsolid= new G4Box("world",World_X,World_Y,World_Z); Worldlogical= new G4LogicalVolume(Worldsolid, vacuum, "World", 0, 0, 0);// air ~ vacuum G4VPhysicalVolume * Worldphysical= new G4PVPlacement(0, // no rotation G4ThreeVector(), // at (0,0,0) 60 Worldlogical, // its logical volume "World", // its name 0, // its mother volume false, // no boolean operations 0); // copy number ConstructSource(); ConstructField(); // - Visualization attributes G4Color blue(0.0,0.0,1.0), brown(0.4,0.4,0.1), white(1.0,1.0,1.0); Worldlogical -> SetVisAttributes(new G4VisAttributes(white)); return Worldphysical; } G4VPhysicalVolume* Accelerator_DetectorConstruction::ConstructSource() { //II Source Cover Definition //II.1 Source Cover Geometry G4double atomicNumber = 1.; G4double massOfMole = 1.008*g/mole; G4double density = 1.e-25*g/cm3; G4double temperature = 2.73*kelvin; G4double pressure = 3.e-18*pascal; G4Material* shape1_mat = new G4Material("Vacuum", atomicNumber,massOfMole, density,kStateGas,temperature, pressure); G4double SourceCoverRmin = 0.0*mm; G4double SourceCoverRmax = 90.0*mm; G4double SourceCoverHeight = 7.0*cm; G4double SourceCoverSPhi = 0.0*deg; G4double SourceCoverDPhi = 360.0*deg; G4double fieldValue = 1.26*tesla; G4UniformMagField* intField = new G4UniformMagField(G4ThreeVector(0.,0.,fieldValue)); G4ChordFinder* iChordFinder = new G4ChordFinder(intField,1.0e6*mm); G4FieldManager* fieldMgr = new G4FieldManager(intField,iChordFinder); G4Tubs* SourceSolid1 = new G4Tubs("Source Cover", SourceCoverRmin, SourceCoverRmax, SourceCoverHeight, SourceCoverSPhi, SourceCoverDPhi); G4LogicalVolume* SourceLogical1 = new G4LogicalVolume(SourceSolid1, shape1_mat, 61 "Source Cover", fieldMgr); SourcePhysical1 = new G4PVPlacement(0, G4ThreeVector(0*cm,0*cm,0*cm), SourceLogical1, "Source Cover", Worldlogical, false, 0, true); G4Color green(0.0,1.0,0.0); SourceLogical1 -> SetVisAttributes(new G4VisAttributes(green)); // Hill G4Material* H1_mat = new G4Material("Vacuum", atomicNumber,massOfMole, density,kStateGas,temperature, pressure); G4ThreeVector pos1 = G4ThreeVector(0, 0, 0); // Conical section shape G4double H1_rmina = 9.*cm, H1_rmaxa = 48.*cm; G4double H1_rminb = 9.*cm, H1_rmaxb = 48.*cm; G4double H1_hz = 7.0*cm; G4double H1_phimin = 28.*deg, H1_phimax = 34*deg; G4Cons* solidH1 =new G4Cons("H1", H1_rmina, H1_rmaxa, H1_rminb, H1_rmaxb, H1_hz, H1_phimin, H1_phimax); G4double fieldValueH = 1.99*tesla; G4UniformMagField* intFieldH = new G4UniformMagField(G4ThreeVector(0.,0.,fieldValueH)); (iEquation); G4ChordFinder* iChordFinderH = new G4ChordFinder(intFieldH,1.0e6*mm); G4FieldManager* fieldMgrH = new G4FieldManager(intFieldH,iChordFinderH); G4LogicalVolume* logicH1 = new G4LogicalVolume(solidH1, //its solid H1_mat, //its material "H1", //its name fieldMgrH); new G4PVPlacement(0, //no rotation pos1, //at position logicH1, //its logical volume "H1", //its name Worldlogical, //its mother volume false, //no boolean operation 0, //copy number true); //overlaps checking G4Color blue1(0.0,0.0,1.0); logicH1 -> SetVisAttributes(new G4VisAttributes(blue1)); // Hill2 G4Material* H2_mat = new G4Material("Vacuum", atomicNumber,massOfMole, density,kStateGas,temperature, pressure); G4ThreeVector pos2 = G4ThreeVector(0, 0, 0); //?????????? // Conical section shape 62 G4double H2_rmina = 9.*cm, H2_rmaxa = 48.*cm; G4double H2_rminb = 9.*cm, H2_rmaxb = 48.*cm; G4double H2_hz = 7.0*cm; G4double H2_phimin = 118.*deg, H2_phimax = 34.*deg; G4Cons* solidH2 =new G4Cons("H2", H2_rmina, H2_rmaxa, H2_rminb, H2_rmaxb, H2_hz, H2_phimin, H2_phimax); G4LogicalVolume* logicH2 = new G4LogicalVolume(solidH2, //its solid H2_mat, //its material "H2", //its name fieldMgrH); new G4PVPlacement(0, //no rotation pos2, //at position logicH2, //its logical volume "H2", //its name Worldlogical, //its mother volume false, //no boolean operation 0, //copy number true); //overlaps checking G4Color blue2(0.0,0.0,1.0); logicH2 -> SetVisAttributes(new G4VisAttributes(blue2)); //Hill G4Material* H3_mat = new G4Material("Vacuum", atomicNumber,massOfMole, density,kStateGas,temperature, pressure); G4ThreeVector pos3 = G4ThreeVector(0, 0, 0); // Conical section shape G4double H3_rmina = 9.*cm, H3_rmaxa = 48.*cm; G4double H3_rminb = 9.*cm, H3_rmaxb = 48.*cm; G4double H3_hz = 7.0*cm; G4double H3_phimin = 208.*deg, H3_phimax = 34.*deg; G4Cons* solidH3 =new G4Cons("H3", H3_rmina, H3_rmaxa, H3_rminb, H3_rmaxb, H3_hz, H3_phimin, H3_phimax); G4LogicalVolume* logicH3 = new G4LogicalVolume(solidH3, //its solid H3_mat, //its material "H3", //its name fieldMgrH); new G4PVPlacement(0, //no rotation pos3, //at position logicH3, //its logical volume "H3", //its name Worldlogical, //its mother volume false, //no boolean operation 0, //copy number true); //overlaps checking G4Color blue3(0.0,0.0,1.0); logicH3 -> SetVisAttributes(new G4VisAttributes(blue3)); // Hill4 63 G4Material* H4_mat = new G4Material("Vacuum", atomicNumber,massOfMole, density,kStateGas,temperature, pressure); G4ThreeVector pos4 = G4ThreeVector(0, 0, 0); // Conical section shape G4double H4_rmina = 9.*cm, H4_rmaxa = 48.*cm; G4double H4_rminb = 9.*cm, H4_rmaxb = 48.*cm; G4double H4_hz = 7.0*cm; G4double H4_phimin = 298.*deg, H4_phimax = 34.*deg; G4Cons* solidH4 =new G4Cons("H4", H4_rmina, H4_rmaxa, H4_rminb, H4_rmaxb, H4_hz, H4_phimin, H4_phimax); G4LogicalVolume* logicH4 = new G4LogicalVolume(solidH4, //its solid H4_mat, //its material "H4", //its name fieldMgrH); new G4PVPlacement(0, //no rotation pos4, //at position logicH4, //its logical volume "H4", //its name Worldlogical, //its mother volume false, //no boolean operation 0, //copy number true); //overlaps checking G4Color blue4(0.0,0.0,1.0); logicH4 -> SetVisAttributes(new G4VisAttributes(blue4)); // Valley4 G4Material* V4_mat = new G4Material("Vacuum", atomicNumber,massOfMole, density,kStateGas,temperature, pressure); G4ThreeVector pos5 = G4ThreeVector(0, 0, 0); G4double fieldValueV = 0.9*tesla; G4UniformMagField* intFieldV = new G4UniformMagField(G4ThreeVector(0.,0.,fieldValueV)); G4ChordFinder* iChordFinderV = new G4ChordFinder(intFieldV,1.0e6*mm); G4FieldManager* fieldMgrV = new G4FieldManager(intFieldV,iChordFinderV); // Conical section shape G4double V4_rmina = 9.*cm, V4_rmaxa = 48.*cm; G4double V4_rminb = 9.*cm, V4_rmaxb = 48.*cm; G4double V4_hz 4.0*cm; G4double V4_phimin = 62.*deg, V4_phimax = 56.*deg; G4Cons* solidV4 =new G4Cons("V4", V4_rmina, V4_rmaxa, V4_rminb, V4_rmaxb, V4_hz, V4_phimin, V4_phimax); G4LogicalVolume* logicV4 = new G4LogicalVolume(solidV4, //its solid V4_mat, //its material "V4", //its name fieldMgrV); new G4PVPlacement(0, //no rotation 64 pos5, logicV4, "V4", Worldlogical, //at position //its logical volume //its name //its mother volume false, 0, true); //no boolean operation //copy number //overlaps checking // Valley3 G4Material* V3_mat = new G4Material("Vacuum", atomicNumber,massOfMole, density,kStateGas,temperature, pressure); G4ThreeVector pos6 = G4ThreeVector(0, 0, 0); // Conical section shape G4double V3_rmina = 9.*cm, V3_rmaxa = 48.*cm; G4double V3_rminb = 9.*cm, V3_rmaxb = 48.*cm; G4double V3_hz = 4.0*cm; G4double V3_phimin = 152.*deg, V3_phimax = 56.*deg; G4Cons* solidV3 =new G4Cons("V3", V3_rmina, V3_rmaxa, V3_rminb, V3_rmaxb, V3_hz, V3_phimin, V3_phimax); G4LogicalVolume* logicV3 = new G4LogicalVolume(solidV3, //its solid V3_mat, //its material "V3", //its name fieldMgrV); new G4PVPlacement(0, //no rotation pos6, //at position logicV3, //its logical volume "V3", //its name Worldlogical, //its mother volume false, //no boolean operation 0, //copy number true); //overlaps checking // Valley2 G4Material* V2_mat = new G4Material("Vacuum", atomicNumber,massOfMole, density,kStateGas,temperature, pressure); G4ThreeVector pos7 = G4ThreeVector(0, 0, 0); // Conical section shape G4double V2_rmina = 9.*cm, V2_rmaxa = 48.*cm; G4double V2_rminb = 9.*cm, V2_rmaxb = 48.*cm; G4double V2_hz = 4.0*cm; G4double V2_phimin = 242.*deg, V2_phimax = 56.*deg; G4Cons* solidV2 =new G4Cons("V2", V2_rmina, V2_rmaxa, V2_rminb, V2_rmaxb, V2_hz, V2_phimin, V2_phimax); G4LogicalVolume* logicV2 = new G4LogicalVolume(solidV2, //its solid V2_mat, //its material "V2", //its name fieldMgrV); new G4PVPlacement(0, //no rotation 65 pos7, logicV2, "V2", Worldlogical, //at position //its logical volume //its name //its mother volume false, 0, true); //no boolean operation //copy number //overlaps checking // valley G4Material* V1_mat = new G4Material("Vacuum", atomicNumber,massOfMole, density,kStateGas,temperature, pressure); G4ThreeVector pos8 = G4ThreeVector(0, 0, 0); // Conical section shape G4double V1_rmina = 9.*cm, V1_rmaxa = 48.*cm; G4double V1_rminb = 9.*cm, V1_rmaxb = 48.*cm; G4double V1_hz = 4.0*cm; G4double V1_phimin = 332.*deg, V1_phimax = 56.*deg; G4Cons* solidV1 =new G4Cons("V1", V1_rmina, V1_rmaxa, V1_rminb, V1_rmaxb, V1_hz, V1_phimin, V1_phimax); G4LogicalVolume* logicV1 = new G4LogicalVolume(solidV1, //its solid V1_mat, //its material "V1", //its name fieldMgrV); new G4PVPlacement(0, //no rotation pos8, //at position logicV1, //its logical volume "V1", //its name Worldlogical, //its mother volume false, //no boolean operation 0, //copy number true); //overlaps checking // Field E //boxE1 G4Material* boxE_mat = new G4Material("Vacuum", atomicNumber,massOfMole, density,kStateGas,temperature, pressure); G4double fieldValueboxE = 45.0*kilovolt/cm; G4UniformElectricField* intFieldboxE = new G4UniformElectricField(G4ThreeVector(sin(21.0*deg)*fieldValueboxE,cos(21.0*deg)*fieldValueboxE,0.0)); G4FieldManager* fieldMgrE1 = new G4FieldManager(intFieldboxE); G4RotationMatrix* zRot = new G4RotationMatrix; zRot -> rotateZ(69.0*deg); G4ThreeVector zTrans(24*cos(21.0*deg)*cm, 24*sin(21.0*deg)*cm, 0.0*cm); G4VSolid* boxSolid = new G4Box("aBoxSolid", 1.0*cm, 24*cm, 7.0*cm); G4LogicalVolume* boxLog = new G4LogicalVolume(boxSolid, boxE_mat, 66 "aBoxLog", fieldMgrE1); G4VPhysicalVolume* boxPhys = new G4PVPlacement( zRot, zTrans, boxLog, "aBoxPhys", Worldlogical, 0, 0); //boxE2 G4Material* boxE2_mat = new G4Material("Vacuum", atomicNumber,massOfMole, density,kStateGas,temperature, pressure); G4double fieldValueboxE2 = 45.0*kilovolt/cm; G4UniformElectricField* intFieldboxE2 = new G4UniformElectricField(G4ThreeVector(sin(21.0*deg)*fieldValueboxE2,cos(21.0*deg)*fieldValueboxE2,0.0)); G4FieldManager* fieldMgrE2 = new G4FieldManager(intFieldboxE2); G4RotationMatrix* zRot2 = new G4RotationMatrix; zRot2 -> rotateZ(-69.0*deg); G4ThreeVector zTrans2(-24*cos(21.0*deg)*cm, 24*sin(21.0*deg)*cm, 0.0*cm); G4VSolid* boxSolid2 = new G4Box("aBoxSolid2", 1.0*cm, 24*cm, 7.0*cm); G4LogicalVolume* boxLog2 = new G4LogicalVolume(boxSolid2, boxE2_mat, "aBoxLog2", fieldMgrE2); G4VPhysicalVolume* boxPhys2 = new G4PVPlacement( zRot2, zTrans2, boxLog2, "aBoxPhys2", Worldlogical, 0, 0); //boxE3 G4Material* boxE3_mat = new G4Material("Vacuum", atomicNumber,massOfMole, density,kStateGas,temperature, pressure); G4double fieldValueboxE3 = 45.0*kilovolt/cm; G4UniformElectricField* intFieldboxE3 = new G4UniformElectricField(G4ThreeVector(sin(21.0*deg)*fieldValueboxE3 ,-cos(21.0*deg)*fieldValueboxE3,0.0)); G4FieldManager* fieldMgrE3 = new G4FieldManager(intFieldboxE3); G4RotationMatrix* zRot3 = new G4RotationMatrix; zRot3 -> rotateZ(-111.0*deg); G4ThreeVector zTrans3(-24*cos(21.0*deg)*cm, 24*sin(21.0*deg)*cm, 0.0*cm); G4VSolid* boxSolid3 = new G4Box("aBoxSolid3", 1.0*cm, 24*cm, 7.0*cm); G4LogicalVolume* boxLog3 = new G4LogicalVolume(boxSolid3, 67 boxE3_mat, "aBoxLog3", fieldMgrE3); G4VPhysicalVolume* boxPhys3 = new G4PVPlacement( zRot3, zTrans3, boxLog3, "aBoxPhys3", Worldlogical, 0, 0); //boxE4 G4Material* boxE4_mat = new G4Material("Vacuum", atomicNumber,massOfMole, density,kStateGas,temperature, pressure); G4double fieldValueboxE4 = 45.0*kilovolt/cm; G4ElectricField* intFieldboxE4 = new G4UniformElectricField(G4ThreeVector(sin(21.0*deg)*fieldValueboxE4 ,cos(21.0*deg)*fieldValueboxE4,0.0)); G4FieldManager* fieldMgrE4 = new G4FieldManager(intFieldboxE4); G4RotationMatrix* zRot4 = new G4RotationMatrix; zRot4 -> rotateZ(111.0*deg); G4ThreeVector zTrans4(24*cos(21.0*deg)*cm, -24*sin(21.0*deg)*cm, 0.0*cm); G4VSolid* boxSolid4 = new G4Box("aBoxSolid4", 1.0*cm, 24*cm, 7.0*cm); G4LogicalVolume* boxLog4 = new G4LogicalVolume(boxSolid4, boxE4_mat, "aBoxLog4", fieldMgrE4); G4VPhysicalVolume* boxPhys4 = new G4PVPlacement( zRot4, zTrans4, boxLog4, "aBoxPhys4", Worldlogical, 0, 0); return SourcePhysical1; } Phụ lục 2.2: Khai báo nguồn #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include "Accelerator_PrimaryGeneratorAction.hh" "Accelerator_DetectorConstruction.hh" "G4Event.hh" "G4ParticleGun.hh" "G4ParticleTable.hh" "G4ParticleDefinition.hh" "globals.hh" "G4SystemOfUnits.hh" "Randomize.hh" "G4ParticleDefinition.hh" 68 #include "G4DynamicParticle.hh" #include "G4Step.hh" #include "G4Track.hh" Accelerator_PrimaryGeneratorAction::Accelerator_PrimaryGeneratorAc tion() { G4int n_particle = 1; particleGun = new G4ParticleGun(n_particle); // default particle G4ParticleTable* particleTable = G4ParticleTable::GetParticleTable(); G4ParticleDefinition* particle = particleTable>FindParticle("anti_proton"); particleGun->SetParticleDefinition(particle); particleGun->SetParticleMomentumDirection(G4ThreeVector(sin(21.0*deg),cos(21.0*deg),0.0)); particleGun->SetParticleEnergy(505.0*keV); particleGun->SetParticlePosition(G4ThreeVector(8.*cm,2.2628*cm, 0.*cm)); } Accelerator_PrimaryGeneratorAction::~Accelerator_PrimaryGeneratorA ction() { delete particleGun; } void Accelerator_PrimaryGeneratorAction::GeneratePrimaries(G4Event* anEvent) { particleGun->GeneratePrimaryVertex(anEvent); } Phụ lục 2.3: Khai báo trình vật lý #include "globals.hh" #include "Accelerator_PhysicsList.hh" #include "G4EmStandardPhysics.hh" #include "G4LossTableManager.hh" #include "G4ProcessManager.hh" #include "G4ParticleTypes.hh" #include "G4SystemOfUnits.hh" Accelerator_PhysicsList::Accelerator_PhysicsList(): G4VUserPhysicsList() { defaultCutValue = 10.0*um; SetVerboseLevel(1); emPhysicsList = new G4EmStandardPhysics(); } Accelerator_PhysicsList::~Accelerator_PhysicsList() 69 {} void Accelerator_PhysicsList::ConstructParticle() { G4Geantino::GeantinoDefinition(); G4ChargedGeantino::ChargedGeantinoDefinition(); emPhysicsList->ConstructParticle(); } void Accelerator_PhysicsList::ConstructProcess() { AddTransportation(); emPhysicsList->ConstructProcess(); } void Accelerator_PhysicsList::SetCuts() { SetCutsWithDefault(); if (verboseLevel>0) DumpCutValuesTable(); } 70 ... KHOA HÀ NỘI MAI VĂN VINH MƠ PHỎNG Q TRÌNH GIA TỐC HẠT PROTON TRONG THIẾT BỊ CYCLOTRON KOTRON- 13 TẠI TRUNG TÂM CHIẾU XẠ HÀ NỘI Chuyên ngành: KỸ THUẬT HẠT NHÂN LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT HẠT... máy KOTRON- 13 kết mơ q trình gia tốc hạt proton máy gia tốc cyclotron KOTRON1 3 Khảo sát số hạng nguồn ảnh hƣởng đến quỹ đạo chuyển động hạt trình gia tốc 11 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY GIA TỐC CYCLOTRON. .. MÁY GIA TỐC CYCLOTRON VÀ KOTRON- 13 12 1.1 Tổng quan máy gia tốc cyclotron 12 1.2 Cơ sở gia tốc hạt máy gia tốc cyclotron 14 1.2.1 Các phƣơng trình điện từ máy gia tốc