電子リニアックの世界では，長い間，電子銃の設計には SLAC の W. B. Herrmannsfeldt が開発した「EGUN」が使われてきた．これは精度も検証され，良いコードです．私は EGUN を持っていないので，代わりに POISSONとGPT で電子銃の設計を行っています．POISSON で静電場を，GPT で粒子の運動を計算します．両者(EGUN vs POISSON/GPT)を比較し精度の検証をすべきですが，今のところ，定量的な比較はできていません．定性的には，両者の計算結果に大きな差は無いようです．

電子銃を計算する上での「EGUN」と「POISSON/GPT」の違いは，以下の通りです，

表のキャプション
比較項目	EGUN	POISSON/GPT
時間の項	定常状態を計算	時間の項も計算

計算モデル

計算体系

図に，しばしば使われる電子銃の形状を示します．

電子銃のパラメーター

電子銃の寸法を決める場合，形状をパラメーターで表現すると便利です．とくに，計算機で繰り返し計算を行い最適化を行う場合，処理が容易になります．ひとつあるいは少数のパラメーターの最適化問題になり，問題が単純化できます．一般的な電子銃のビームトラッキング計算を行う場合，図に示すパラメーターで十分でしょう．

静電場の計算

ここでは，電子銃の寸法を決めて，自動的に POISSON で計算する方法を示します．電子銃の寸法を表すパラメーターが書かれたファイルを読み込んで，GPT の静電場のインプットファイルである gdf ファイルを作成します．

計算方法

実際の電子銃の設計では，試行錯誤を繰り返し，図に示した寸法を決めます．評価関数を決めて最適寸法を捜したり，客先の要求を満たすまで計算を繰り返します．その都度，POISSON の入力ファイルを手作業で作成しては，いくら時間があっても作業は終わりません．そのため，(1)計算パラメーターが書かれたファイルを読み込み，(2)POISSON の入力ファイルを作成し，(3)POISSON で静電場計算を行い，(4)静電場のマップを GPT の入力に変換する — プログラムが必要になります．これがあると，作業効率が格段に向上します．手入力の 1/100 以下の時間で計算ができます．

このようにインプットファイルに従い自動計算するプログラムは，様々なプログラミング言語で可能です．

インプットファイル

Python プログラム

プログラムの実行

GPT によるビームトラッキング計算

ページ作成情報

参考資料

更新履歴

2015年11月23日

新規作成

GPT電子銃の計算方法POISSON の電場を取り込みトラッキング計算

目次

はじめに