Nowej generacji metoda projektowania pasywnych układów formowania wiązek elektronowych

Elektrony przyspieszone do energii kilku, kilkunastu MeV mają liczne zastosowania przemysłowe, medyczne i badawcze. W wielu z nich stosuje się tzw. pasywne układy formowania wiązki, w celu uzyskania równomiernej depozycji dawki na dużym obszarze. Projektowanie tego typu układów, mimo ich koncepcyjnej prostoty i kilku dekad powszechnego stosowania, jest wciąż zajęciem bardzo pracochłonnym, często frustrującym. Wynika to ze sprzeczności pomiędzy rosnącymi wymaganiami a ograniczeniami istniejących metod projektowania, które opierają się na bardzo uproszczonych modelach analitycznych oddziaływania wiązki z układem formowania. Taki stan rzeczy ma dwie negatywne konsekwencje: zbudowanie działającego układu pochłania znaczne zasoby przy praktycznej niemożliwości stwierdzenia czy końcowy rezultat jest rzeczywiście optymalny w danych warunkach.

Podczas seminarium pokażę nową, stworzoną przeze mnie metodę projektowania, bazującą na realistycznych obliczeniach Monte Carlo. Nowa metoda, usuwając słabości metod wcześniejszych, umożliwia świadomą, stosunkowo szybką i wielowymiarową optymalizację układu z uwzględnieniem wszystkich, często w znacznej mierze sprzecznych, wymagań. Metoda umożliwia także, po raz pierwszy, bezpośrednie pokazanie na ile parametry uformowanej w układzie wiązki, np. równomierność rozkładu dawki, transmisja, strata energii, zanieczyszczenie promieniowaniem X, itd., są odległe od swoich, skądinąd możliwych do uzyskania, wartości optymalnych.

Nowa metoda jest znacznie bardziej wymagająca obliczeniowo od poprzedniczek. Jednak dzięki współczesnym komputerom dużej mocy, jak np. klaster Centrum Informatycznego Świerk, oraz bibliotekom Monte Carlo, jak np. Geant4, jest to przeszkoda coraz łatwiejsza do pokonania. Dla ilustracji pokażę przykład zastosowania nowej metody do zaprojektowania układu formowania dla akceleratora badawczego zbudowanego w ZDAJ dla Laboratorium Badań Nieniszczących Wrocławskiego Parku Technologicznego.

Seminarium będzie oparte o materiał przedstawiony w serii niedawnych publikacji:

• P. Adrich, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 817 (2016) 93-99,
• P. Adrich, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 817 (2016) 100-108,
• P. Adrich et al., Acta Phys. Pol. B 47 (2016) 267-277.

Serdecznie zapraszamy

dr Agnieszka Syntfeld- Każuch, dr Jacek Rzadkiewicz, dr hab. Sławomir Wronka