基于OpenXAL的XiPAF装置虚拟加速器研究

Xi’an 200MeV Proton Application Facility (XiPAF), composed of a 7MeV H- linac injector, a 230MeV synchrotron and two experimental stations, will provide proton beam for the research of single event effect. High-level application plays an important role in construction, commission and operation of XiPAF. Open XAL is a java-based framework used for building high-level accelerator applications. It is an open source version of XAL framework developed by the Spallation Neutron Source (SNS). Open XAL is developed and used by many accelerator laboratory..This project plans to study the construction of XiPAF virtual accelerator based on Open XAL, and develop a set of high-level applications as well as virtual accelerator for XiPAF. Then, we can simulate and study commission process of the machine. Research of the project will not only provide technical support for construction of XiPAF, but also provide methods for design and performance study of similar facilities in the future. An application implementing closed orbit correction with ramping will be developed. Physical models of multipole filed and misalignment errors will also be implemented in virtual accelerator of XiPAF. This work will expand and enrich the existing collaboration of Open XAL with other accelerator laboratories in the world.

西安 200MeV 质子应用装置（XiPAF）由7MeV直线注入器、230MeV同步加速器和两个实验站组成，可提供质子束流用于空间质子单粒子效应研究。加速器高级应用软件研究开发，在西安质子应用装置建造、调束和运行过程中将起重要作用。Open XAL是基于Java语言的高级加速器应用软件构造体系，它是由美国散列中子源SNS发展的XAL高级加速器应用体系的开源版本，由多个加速器实验室开发并使用。项目计划基于Open XAL对XiPAF虚拟加速器的构建开展研究，发展适用于XiPAF的虚拟加速器，在模拟实际机器基础上研究加速器调束和运行过程。项目研究成果不仅可为在建的XiPAF装置提供技术支持，也可为今后类似装置设计和机器性能研究提供重要手段。其中在Open XAL框架下开发升能闭轨矫正程序，在虚拟加速器中建立高阶场和元件准直误差模型等研究尚属首创，这将拓展和充实现有Open XAL国际合作项目。

西安质子应用装置（XiPAF）由直线加速器注入，200MeV同步加速器加速，提供质子束流用于空间辐照环境模拟研究。开放源代码的可拓展标记语言加速器程序库OpenXAL从加速器物理角度出发对加速器的组成设备进行了软件建模，用于创建加速器物理应用程序、脚本和服务，并被国际上多个加速器实验室采用。基于OpenXAL的西安质子应用装置虚拟加速器开发项目，为西安质子应用装置开发了数据库系统，实现加速器设备参数等信息的管理和实时更新；建立了虚拟加速器满足控制系统虚拟运行需要并可进行机器研究；编写的虚拟磁铁软件可自动生成EPICS IOC独立于软件系统完成磁场电流相互转化，使控制系统参数设置更加直观；采用虚拟高频仿真程序对纵向加速过程进行综合仿真，初步证明虚拟高频仿真方案在研究升能过程中的可行性；开发的调束软件在在目前的调束工作中逐步发挥作用简化了调束工作；采用单片机和树莓派的新调束控制方案的初步尝试，为设备配置提供了节约和方便的途径。虚拟加速器开发工作为西安质子应用装置的进一步研究和运行提供了上层软件基础。