基于Open XAL的西安200 MeV質子應用裝置同步環調束軟件開發

張 輝， 楊 業, 王忠明, 王茂成, 魏崇陽, 王敏文

(1. 西北核技術研究所， 西安 710024； 2. 強脈沖輻射環境模擬與效應國家重點實驗室， 西安 710024)

Open XAL為開放源代碼的可拓展標記語言加速器程序庫[1-3]，由美國散裂中子源(SNS)、中國散裂中子源(CSNS)[4]、歐洲散裂源加速器(ESS)，法國國家大加速器實驗室重離子加速器(GANIL)、加拿大粒子與核物理國家實驗室(TRIUMF)和美國密歇根州立大學(MSU)強流稀有同位素加速器(FRIB)等以可拓展標記語言加速器程序庫(XAL)為基礎協作開發，從加速器物理層面對加速器組成設備進行了建模，可通過虛擬加速器軟件及光學文件實現加速器虛擬運行，為加速器裝置調束軟件編寫提供了標準模型。

近年來，SNS在實驗中用Open XAL取代了原有XAL；MSU采用Open XAL進行超導加速單元調試[5]；ESS為Open XAL建立了螺線管和導向鐵模型，發展了軌跡和包絡近似，并在低能傳輸段(LEBT)調束中模擬束流動力學[6],減少了UI相關代碼上的開發工作；ESS提出了一種開發Open XAL程序的新方法，可更直觀的設計應用，自動生成界面代碼[7];上海軟X射線源和大連相干光源通過移植Open XAL將虛擬加速器應用到FEL，基于遺傳算法設計了優化軟件[8]。西安200 MeV質子應用裝置(Xi’an 200 MeV Proton Application Facility，XiPAF)物理設計完成后，以Open XAL為基礎進行輔助控制和束流調試[9]，采用GitHub上2017年9月13日的Open XAL版本，針對機器實際特點相繼開發了加速器數據庫、數據庫到光學文件轉化軟件、虛擬加速器、虛擬磁鐵[10]和調束軟件，此外還采用Java編寫了遺傳算法求解器，采用Python語言的機器學習算法也在拓展開發之中。調束軟件中同步環調束軟件共5種，至調束前已完成開發調試及虛擬驗證工作。……