基于Open XAL的西安200 MeV质子应用装置同步环调束软件开发

张 辉， 杨 业, 王忠明, 王茂成, 魏崇阳, 王敏文

(1. 西北核技术研究所， 西安 710024； 2. 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室， 西安 710024)

Open XAL为开放源代码的可拓展标记语言加速器程序库[1-3]，由美国散裂中子源(SNS)、中国散裂中子源(CSNS)[4]、欧洲散裂源加速器(ESS)，法国国家大加速器实验室重离子加速器(GANIL)、加拿大粒子与核物理国家实验室(TRIUMF)和美国密歇根州立大学(MSU)强流稀有同位素加速器(FRIB)等以可拓展标记语言加速器程序库(XAL)为基础协作开发，从加速器物理层面对加速器组成设备进行了建模，可通过虚拟加速器软件及光学文件实现加速器虚拟运行，为加速器装置调束软件编写提供了标准模型。

近年来，SNS在实验中用Open XAL取代了原有XAL；MSU采用Open XAL进行超导加速单元调试[5]；ESS为Open XAL建立了螺线管和导向铁模型，发展了轨迹和包络近似，并在低能传输段(LEBT)调束中模拟束流动力学[6],减少了UI相关代码上的开发工作；ESS提出了一种开发Open XAL程序的新方法，可更直观的设计应用，自动生成界面代码[7];上海软X射线源和大连相干光源通过移植Open XAL将虚拟加速器应用到FEL，基于遗传算法设计了优化软件[8]。西安200 MeV质子应用装置(Xi’an 200 MeV Proton Application Facility，XiPAF)物理设计完成后，以Open XAL为基础进行辅助控制和束流调试[9]，采用GitHub上2017年9月13日的Open XAL版本，针对机器实际特点相继开发了加速器数据库、数据库到光学文件转化软件、虚拟加速器、虚拟磁铁[10]和调束软件，此外还采用Java编写了遗传算法求解器，采用Python语言的机器学习算法也在拓展开发之中。调束软件中同步环调束软件共5种，至调束前已完成开发调试及虚拟验证工作。……