AMS-01永磁磁場(chǎng)計(jì)算及結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究.pdf

1、阿爾法磁譜儀（AMS）是用以尋找宇宙中的反物質(zhì)和暗物質(zhì)的裝置，對(duì)解決天體物理、粒子物理和宇宙論當(dāng)前面臨的若干重大疑難問(wèn)題具有重要意義。Halbach永磁結(jié)構(gòu)即永磁魔環(huán)是AMS-01系統(tǒng)中的重要組成部分，對(duì)其磁場(chǎng)分布的準(zhǔn)確計(jì)算影響到對(duì)粒子類型的正確判斷，而對(duì)該結(jié)構(gòu)內(nèi)部磁場(chǎng)分布均勻性的改善有助于減小后續(xù)數(shù)據(jù)處理的計(jì)算量，增強(qiáng)AMS觀測(cè)能力。本文擬對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行研究。 在對(duì)AMS-01主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹并對(duì)其永磁魔環(huán)進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)

2、上，結(jié)合傳統(tǒng)邊界元數(shù)值方法和基于等效面電流的永磁磁場(chǎng)解析計(jì)算方法的優(yōu)點(diǎn)，本文提出了結(jié)合網(wǎng)格劃分的永磁磁場(chǎng)計(jì)算方法，并將其應(yīng)用到AMS-01永磁磁場(chǎng)計(jì)算問(wèn)題上，推導(dǎo)了AMS-01永磁磁場(chǎng)計(jì)算表達(dá)式。 針對(duì)AMS-01永磁魔環(huán)腔體內(nèi)部磁場(chǎng)分布不均勻的問(wèn)題，本文通過(guò)對(duì)魔環(huán)外形進(jìn)行優(yōu)化以提高腔體內(nèi)磁場(chǎng)分布的均勻性。從AMS-01永磁磁場(chǎng)分布優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)出發(fā)，結(jié)合永磁磁場(chǎng)微分方程組，利用靈敏度分析方法，推導(dǎo)得到增廣目標(biāo)函數(shù)的靈敏度表達(dá)式

3、；根據(jù)得到的伴隨系統(tǒng)方程組，得到了伴隨系統(tǒng)解的解析表達(dá)式；同時(shí)采用B樣條曲面參數(shù)化的方法對(duì)永磁魔環(huán)外形進(jìn)行建模，并最終提出了AMS-01永磁魔環(huán)磁場(chǎng)優(yōu)化的總體方案。 制定了AMS-01永磁磁場(chǎng)的計(jì)算與結(jié)構(gòu)優(yōu)化流程，開(kāi)發(fā)出Ubuntu7．10平臺(tái)上基于Qt開(kāi)發(fā)環(huán)境的AMS-01永磁磁場(chǎng)計(jì)算與結(jié)構(gòu)優(yōu)化軟件，該軟件可實(shí)現(xiàn)計(jì)算、優(yōu)化數(shù)據(jù)的輸入、輸出、保存等功能。同時(shí)給出了典型位置上計(jì)算結(jié)果以及有限元解與實(shí)測(cè)值的對(duì)比，表明本文采用的計(jì)算方