[문서] Electromagnetic Simulation Supporting Aircraft Certification 관리자 | 2021.10.22 | 조회 964 첨부파일 :
다쏘시스템사 시뮬리아의 CST Studio Suite 기술은 accelerator cavity 및 기타 구성요소를 설계하고 성능을 분석하며 장치가 의도한대로 작동하는지 예측하기 위해 선도적인 가속기 시설에서 사용되었습니다.
CST Studio Suite은 이러한 설계 및 분석을 위해 강력한 toolbox를 제공합니다. CST Studio Suite의 그 강력한 기능들에 대해 살펴보도록 하겠습니다.
CST Studio Suite - Accelerator components
다쏘시스템
Electron/Ion Gun Simulation
<플라즈마 이온 소스 (Particle tracking)>
Particle source 설계 형상은 CST Studio Suite의 parametric user interface 내에서 쉽게 최적화할 수 있습니다. Magnet과 electrode를 모델링할 수 있으며 gun에서 방출되는 current는 Particle Tracking Solver의 emission model에 의해 계산됩니다. CST Studio Suite은 space-charge limited 및 thermionically limited 모델에서 플라즈마 이온 소스에 대한 field emission 및 plasma sheath emission에 이르는 여러 emission 모델을 지원하며 다른 data를 import 할 수도 있습니다. Conformal mesh 지원으로 grid형 gun과 같은 매우 복잡한 형상을 모델링할 수 있고 작은 변형에 대해서도 매우 정확하게 해석할 수 있습니다.
<Electron gun에 대한 conformal mesh>
Cavity
<Eigenmode 해석에서의 Mesh 및 acceleration mode 결과>
Accelerator 대부분은 cavity로 구성되어 있습니다. 이것은 정교한 Eigenmode Solver로 쉽게 해석 가능합니다. 사용자는 hexahedral 혹은 tetrahedral mesh 중 하나를 선택할 수 있습니다. 유전체 및 surface loss를 포함할 수 있으며 Solver는 Q factor 및 shunt impedance, R/Q와 같은 accelerator의 특정 수치도 계산할 수 있습니다. CST Studio suite의 다중 물리학적 접근방식은 열 및 기계적 solver로 연결하여 열팽창 또는 Lorentz force로 인한 cavity detuning을 얻을 수 있습니다.
Multipaction
<Cavity의 equator에서 multipacting particles>
진공 상태에서의 RF breakdown (Multipaction)은 장치의 작동에 악영향을 미칠 수 있기 때문에 accelerator 설계에서 추가로 중요한 부분입니다. PIC (Particle-in-Cell) Solver를 사용하여 2차 electron emission 특성으로 쉽게 해석해볼 수 있습니다. PIC Solver는 Furman 및 Vaughan 모델과 측정 데이터에 대한 user import를 지원합니다. Breakdown에 해당하는 field는 PIC Solver 내에서 계산하거나 이전의 Eigenmode Solver 해석에서 불러올 수 있습니다. 후자는 steady state를 직접 import하기 때문에 매우 효율적인 접근 방식입니다.
PIC - Self Consistent Particle Simulation
Particle-in-Cell (PIC) Solver는 LINAC cavity에서의 bunching을 해석하거나 beam 내부의 space charge 영향을 해석하는데 유용합니다. PIC Solver는 Eigenmode Solver 및 static solver에서 field import를 지원하며 PIC Solver 내에서 field를 생성할 수도 있습니다. Particle의 움직임은 time domain에서 일관된 방식으로 계산됩니다.
WAKEFIELD SOLVER – IMPEDANCE AND LOSS FACTOR
<Monitor: Wakefield solver는 beam position monitor의 출력 신호를 얻는 데에도 사용할 수 있습니다.>
Wakefield Solver는 bunched beam이 구조물을 통과하는 동안 wake potential을 직접 계산합니다. Bunch 형태는 Gaussian 혹은 사용자가 정의할 수 있습니다. Wake potential을 얻기 위해 직접 및 간접 integration scheme을 모두 사용할 수 있습니다. Beam pipe의 termination은 비 상대론적 beam에도 사용할 수 있는 특수 beam 경계 연산자로 수행할 수 있습니다. Wake potential의 Fourier 변환으로서의 Wake impedance는 Solver에 의해 직접 제공되며 특수 post processing을 통해 샘플링을 증가시키거나 필터를 추가할 수 있습니다. Wakefield Solver는 해석을 가속화하기 위해 MPI cluster computing을 지원합니다.
Magnets
<Beam optics: quadrupole 자석의 자기장 및 dipole field를 통해 진행하는 서로 다른 에너지 입자의 입자 궤적>
Magnetic components는 isolation 자기장을 설계하고 분석하는데 유용한 Magnetostatic 및 입자의 궤적을 플롯하고 focusing 및 steering 효과를 계산할 수 있는 Particle Tracking Solver의 조합으로 해석할 수 있습니다. Conformal hexahedral 및 tetrahedral mesh는 두 경우 모두 사용 가능합니다.
General Features of CST Particle Studio
- 직관적인 parametric 3D 모델링 및 최적화
- VBA 호환 macro language
- 강력한 사용자 정의 후처리
- Perfect Boundary Approximation(PBA)®
- Particle 모니터링 및 emittance 계산
- 모든 particle 데이터에 대한 VBA 액세스
- 외부 field import
- Shunt impedance, R/Q 및 transit time factor
- Periodic 경계 및 mode dispersion diagram
- Thermal solver와 co-simulation
■ 자세한 내용은 다쏘시스템즈 홈페이지에서 확인 가능합니다.