Development and verification of a computational model of the magnetic system of the “Beta-decay” experimental facility, calculation of spatial distributions of fields and forces
DOI:
https://doi.org/10.21638/spbu10.2024.407Abstract
The work is devoted to the development and testing of a computational model of the precision magnetic system of the experimental facility “Beta-decay” for measuring the correlation coefficients of the neutron beta-decay, created at the Scientific Research Center “Kurchatov Institute”. The magnetic field of the system in its various configurations is studied, and the possibility of applying an adapted geometric model to calculations is also investigated. The distributions of magnetic fields and forces arising in the system are calculated. Verification of the model is carried out by comparing the results of calculations performed by several independent software. The results of numerical modeling coincide with the required accuracy for all software packages used, in particular, the estimate of the relative deviation of the force values does not exceed 3 %.
Keywords:
computational models, magnetic systems, magnetic fields
Downloads
References
Серебров А. П., Васильев А. В., Варламов В. Е., Гельтенборт П., Гриднев К. А., Дмитриев С. П., Доватор Н. А., Егоров А. И., Ежов В. Ф., Жеребцов О. М., Зиновьев В. Г., Ивочкин В. Г., Иванов С. Н., Иванов С. А., Коломенский Э. А., Коноплев К. А., Краснощекова И. А., Ласаков М. С., Лямкин В. А., Мартемьянов В. П., Мурашкин А. Н., Неустроев П. В., Онегин М. С., Петелин А. Л., Пирожков А. Н., Полюшкин А. О., Прудников Д. В., Рябов В. Л., Самойлов Р. М., Сбитнев С. В., Фомин А. К., Фомичев А. В., Циммер О., Черный А. В., Шока И. В. Программа исследования фундаментальных взаимодействий для реактора ПИК // Ядерная физика. 2016. Т. 79. № 3. C. 187–197.
Serebrov A., Rudnev Yu., Murashkin A., Zherebtsov O., Kharitonov A., Korolev V., Morozov T., Fomin A., Pusenkov V., Schebetov A., Varlamov V. Project of Neutron Beta-decay A-asymmetry measurement with relative accuracy of (1–2)×10(–3) // Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology. 2005. N 4. P. 383–387. http://dx.doi.org/10.6028/jres.110.057
Doynikov N., Lamzin E., Sytchevsky S. On computation of 3-D magnetostatic fields of electrophysical apparatus magnet systems // IEEE Transactions on Magnetics. 1992. N 28. P. 908–911. https://doi.org/10.1109/20.120025
Belov A., Belyakova T., Filatov O., Kukhtin V., Lamzin E., Shatil N., Sytchevsky S., Gridnev K., Semchenkov A., Semchenkova O., Artukh A., Sereda Yu., Teterev Yu., Budzanowski A., Koscielniak F., Szmider J. Program package for accurate 3D reconstruction of magnetic fields from the boundary measurements // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. Section A. 2003. N 513. P. 448–464. http://dx.doi.org/10.1016/j.nima.2003.07.004
Arslanova D., Gavrish Yu., Gapionok E., Grosheva A., Knyazev N., Kukhtin V., Lamzin E., Nezhentsev A., Ovsyannikov A., Ovsyannikov D., Sytchevsky S., Znamenshchikova N. Feasibility study of permanent magnet dipoles for SILA facility // Cybernetics and Physics. 2023. Vol. 12. N 4. P. 252–256. https://doi.org/10.35470/2226-4116-2023-12-4-252-256
Белов А. В., Белякова Т. Ф., Кухтин В. П., Ламзин Е. А., Сычевский С. Е., Филатов О. Г. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2003612492: Программный комплекс для трехмерного расчета стационарного магнитного поля, анализа и синтеза магнитных систем электрофизических установок (КОМРОТ/М 1.0). Реестр программ для ЭВМ. М., 2003, 12 ноября.
Белов А. В., Белякова Т. Ф., Беляков В. А., Кухтин В. П., Ламзин Е. А., Сычевский С. Е., Филатов О. Г. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2003612494: Программный комплекс для численного моделирования пространственного стационарного распределения электрических токов в геометрически сложных областях (КОМРОТ/C 1.0). Реестр программ для ЭВМ. М., 2003, 12 ноября.
Белов А. В., Белякова Т. Ф., Беляков В. А., Васильев В. Н., Кухтин В. П., Ламзин Е. А., Сычевский С. Е., Филатов О. Г., Шатиль Н. А. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2003612493: Программный комплекс для численного решения трехмерных стационарных задач теплопроводности (КОМРОТ/T 1.0). Реестр программ для ЭВМ. М., 2003, 12 ноября.
Диоп Ш. Я., Капаркова М. В., Кухтин В. П., Макаров А. А., Родин И. Ю., Сычевский С. Е., Фирсов А. А. Разработка вычислительных моделей для анализа магнитного поля в помещениях медицинских учреждений и госпиталей с целью нормализации его уровня. I. Искажение геомагнитного поля // Вестник Санкт-Петербургского университета. Прикладная математика. Информатика. Процессы управления. 2022. Т. 18. Вып. 3. С. 365–378. https://doi.org/10.21638/11701/spbu10.2022.306
Amoskov V. M., Belov A. V., Belyakov V. A., Belyakova T. F., Gribov Yu. V., Kukhtin V. P., Lamzin E. A., Sytchevsky S. E. Computation technology based on KOMPOT and KLONDIKE codes for magnetostatic simulations in tokamaks // Plasma Devices and Operations. 2008. Vol. 16. N 2. P. 89–103. http://dx.doi.org/10.1080/10519990802018023
Амосков В. М., Белов А. В., Беляков В. А., Белякова Т. Ф., Гапионок Е .И., Гаркуша Д. Б., Глухих М. И., Кухтин В. П., Ламзин Е. А., Максименкова Н. А., Мингалев Б. С., Сычевский С. Е., Филатов О. Г. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2003612487: Программный комплекс для расчета магнитных систем, содержащих магнитотвердые, магнитомягкие и токонесущие элементы конструкции сложной геометической формы (KLONDIKE 1.0). Реестр программ для ЭВМ. М., 2003, 12 ноября.
COMSOL MultiphysicscircledR v.6.2 // COMSOLcircledR Software Version 6.2. URL: https://www.comsol.com/ (дата обращения: 25 февраля 2024 г.).
Красников Г. Е., Нагорнов О. В., Старостин Н. В. Моделирование физических процессов с использованием пакета Comsol Multiphysics. М.: Национальный исследовательский ядерный университет Московского инженерно-физического института, 2012. 184 с.
Френкель Я. И. Собрание избранных трудов. Т. 1. Общая теория электричества. М.; Л.: Издательство АН СССР, 1956. 370 с.
Carpenter C. J. Theory and application of magnetic shells // Proceedings of the IEEE. 1967. Vol. 114. N 7. P. 995–1000.
Strang G., Fix G. An analysis of the FE method. New Jersey: Prentice-Hall, Englewood Cliffs, 1973. 306 p.
Elleaume P., Chubar O., Chavanne J. Computing 3D magnetic field from insertion devices // Proceedings of the 17th IEEE Particle Accelerator Conference (PAC'97). Vancouver, British Columbia, 1997. P. 3509–3511. https://doi.org/10.1109/PAC.1997.753258
Chubar O., Elleaume P., Chavanne J. A 3D magnetostatics computer code for insertion devices // Proceedings of the 6th International Conference on Synchrotron Radiation Instrumentation (SRI'97). Himeji, Hyogo, Japan, 1997. P. 481–484. https://doi.org/10.1107/S0909049597013502
Амосков В. М., Беляков В. А., Белякова Т. Ф. Аппаратно-программный комплекс для измерения характеристик магнитных материалов в широком диапазоне индукций. Дубна: Объединенный институт ядерных исследований, 2004. 19 с.
References
Serebrov A. P., Vassiljev A. V., Varlamov V. E., Egorov A. I., Ezhov V. F., Zherebtsov O. M., Zinoviev V. G., Ivochkin V. G., Ivanov S. N., Ivanov S. A., Kolomensky E. A., Konoplev K. A., Krasnoschekova I. A., Lasakov M. S., Lyamkin V. A., Murashkin A. N., Neustroev P. V., Onegin M. S., Pirozhkov A. N., Polyshkin A. O., Prudnikov D. V., Ryabov V. L., Samoylov R. M., Sbitnev S. V., Fomin A. K., Cherniy A. V., Shoka I. V., Geltenbort P., Zimmer O., Gridnev K. A., Fomichev A. V., Dmitriev S. P., Dovator N. A., Martemyanov V. P., Petelin A. L. Programma issledovaniya fundamental'nykh vzaimodeystviy dl'ya reaktora PIK [Fundamental interactions research program for the PIK reactor]. Nuclear Physics, 2016, vol. 79, no. 3, pp. 187–197. (In Russian)
Serebrov A., Rudnev Yu., Murashkin A., Zherebtsov O., Kharitonov A., Korolev V., Morozov T., Fomin A., Pusenkov V., Schebetov A., Varlamov V. Project of Neutron Beta-Decay A-asymmetry measurement with relative accuracy of (1–2)×10(–3). Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology, 2005, no. 4, pp. 383–387. http://dx.doi.org/10.6028/jres.110.057
Doynikov N., Lamzin E., Sytchevsky S. On computation of 3-D magnetostatic fields of electrophysical apparatus magnet systems. IEEE Transactions on Magnetics, 1992, no. 28, pp. 908–911. https://doi.org/10.1109/20.120025
Belov A., Belyakova T., Filatov O., Kukhtin V., Lamzin E., Shatil N., Sytchevsky S., Gridnev K., Semchenkov A., Semchenkova O., Artukh A., Sereda Yu., Teterev Yu., Budzanowski A., Koscielniak F., Szmider J. Program package for accurate 3D reconstruction of magnetic fields from the boundary measurements. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. Section A, 2003, no. 513, pp. 448–464. http://dx.doi.org/10.1016/j.nima.2003.07.004
Arslanova D., Gavrish Yu., Gapionok E., Grosheva A., Knyazev N., Kukhtin V., Lamzin E., Nezhentzev A., Ovsyannikov A., Ovsyannikov D., Sytchevsky S., Znamenshchikova N. Feasibility study of permanent magnet dipoles for SILA facility. Cybernetics and Physics, 2023, vol. 12, no. 4, pp. 252–256. https://doi.org/10.35470/2226-4116-2023-12-4-252-256
Belov A., Belyakova T., Kukhtin V., Lamzin E., Sytchevsky S., Filatov O. Svidetel'stvo ob ofitsial'noi registratsii programmy dlia EVM no. 2003612492: Programmnyi kompleks dlia trekhmernogo rascheta statsionarnogo magnitnogo polia, analiza i sinteza magnitnykh sistem elektrofizicheskikh ustanovok ( KOMPOT/M 1.0). Reestr programm dlia EVM [ KOMPOT/M 1.0: computer code for 3D simulation of magnetostatic field in the analysis and synthesis of magnetic systems for electrophysical devices]. Russian Federation Computer Program Register. Registration Certificate no. 2003612492. Moscow, November 12, 2003.
Belov A., Belyakova T., Belyakov V., Kukhtin V., Lamzin E., Sytchevsky S., Filatov O. Svidetel'stvo ob ofitsial'noi registratsii programmy dlia EVM no. 2003612494: Programmnyi kompleks dlia chislennogo modelirovaniia prostranstvennogo statsionarnogo raspredeleniia elektricheskikh tokov v geometricheski slozhnykh oblastiakh ( KOMPOT/C 1.0). Reestr programm dlia EVM [ KOMPOT/C 1.0: computer code for 3D simulation of stationary distribution of currents in regions of complex geometry]. Russian Federation Computer Program Register, Registration Certificate no. 2003612494. Moscow, November 12, 2003.
Belov A., Belyakova T., Belyakov V., Vassiljev V., Kukhtin V., Lamzin E., Sytchevsky S., Filatov O., Shatil N. Svidetel'stvo ob ofitsial'noi registratsii programmy dlia EVM no. 2003612493: Programmnyi kompleks dlia chislennogo resheniia trekhmernykh statsionarnykh zadach teploprovodnosti ( KOMPOT/T 1.0). Reestr programm dlia EVM [ KOMPOT/T 1.0: computer code for 3D simulation of thermostatic fields]. Russian Federation Computer Program Register, Registration Certificate no. 2003612493. Moscow, November 12, 2003.
Diop Sh. Ya., Kaparkova M. V., Kukhtin V. P., Makarov A. A., Rodin I. Yu., Sytchevsky S. E., Firsov A. A. Razrabotka vychislitelnykh modelei dlia analiza magnitnogo polia v pomeshcheniiakh meditsinskikh uchrezhdenii i gospitalei s tseliu normalizatsii ego urovnia. I. Iskazhenie geomagnitnogo polia [Numerical models for analysis and adjustment of magnetic field in medical centers. I. Simulation of geomagnetic field disturbances]. Vestnik of Saint Petersburg University. Applied Mathematics. Computer Science. Control Processes, 2022, vol. 18, iss. 3, pp. 365–378. https://doi.org/10.21638/11701/spbu10.2022.306 (In Russian)
Amoskov V. M., Belov A. V., Belyakov V. A., Belyakova T. F., Gribov Yu. V., Kukhtin V. P., Lamzin E. A., Sytchevsky S. E. Computation technology based on KOMPOT and KLONDIKE codes for magnetostatic simulations in tokamaks. Plasma Devices and Operations, 2008, vol. 16, no. 2, pp. 89–103. http://dx.doi.org/10.1080/10519990802018023
Amoskov V., Belov A., Belyakov V., Belyakova T., Gapionok E., Garkusha D., Glukhikh M., Kukhtin V., Lamzin E., Maksimenkova N., Mingalev B., Sytchevsky S., Filatov O. Svidetel'stvo ob ofitsial'noi registratsii programmy dlia EVM no. 2003612487: Programmnyi kompleks dlia rascheta magnitnykh sistem, soderzhashchikh magnitotverdye, magnitomiagkie i tokonesushchie elementy konstruktsii slozhnoi geometicheskoi formy ( KLONDIKE 1.0). Reestr programm dlia EVM [ KLONDIKE 1.0: computer code for 3D simulation of magnet systems of complex geometry with retentive and non-retentive materials and current carrying components]. Russian Federation Computer Program Register, Registration Certificate no. 2003612487. Moscow, November 12, 2003.
COMSOL MultiphysicscircledR v.6.2. COMSOLcircledR Software Version 6.2. Available at: https://www.comsol.com/ (accessed: February 25, 2024).
Krasnikov G. E., Nagornov O. V., Starostin N. V. Modelirovanie fizicheskikh protsessov s ispol'zovaniem paketa Comsol Multiphysics [ Modeling of physical processes using the Comsol Multiphysics package]. Moscow, National Research Nuclear University Moscow Engineering Physics Institute Press, 2012, 184 p. (In Russian)
Frenkel Ya. I. Sobranie isbrannykh trudov. T. 1. Obshchaya teoriya electrichestva [ Selected works. Vol. 1. General theory of electricity]. Moscow, Leningrad, USSR Academy of Sciences Press, 1956, 370 p. (In Russian)
Carpenter C. J. Theory and application of magnetic shells. Proceedings of the IEEE, 1967, vol. 114, no. 7, p. 995–1000.
Strang G., Fix G. An analysis of the FE method. New Jersey, Prentice-Hall, Englewood Cliffs Publ., 1973, 306 p.
Elleaume P., Chubar O., Chavanne J. Computing 3D magnetic field from insertion devices. Proceedings of the 17th IEEE Particle Accelerator Conference (PAC'97). Vancouver, British Columbia, 1997, pp. 3509–3511. https://doi.org/10.1109/PAC.1997.753258
Chubar O., Elleaume P., Chavanne J. A 3D magnetostatics computer code for insertion devices. Proceedings of the 6th International Conference on Synchrotron Radiation Instrumentation (SRI'97). Himeji, Hyogo, Japan, 1997, pp. 481–484. https://doi.org/10.1107/S0909049597013502
Amoskov V. M., Belyakov V. A., Belyakova T. F. Apparatno-programmnyi kompleks dlia izmereniia kharakteristik magnitnykh materialov v shirokom diapazone induktsii [ Hardware and software package for measuring the characteristics of magnetic materials in a wide range of induction]. Dubna, Joint Institute for Nuclear Reserch Publ., 2004, 19 p. (In Russian)
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Articles of "Vestnik of Saint Petersburg University. Applied Mathematics. Computer Science. Control Processes" are open access distributed under the terms of the License Agreement with Saint Petersburg State University, which permits to the authors unrestricted distribution and self-archiving free of charge.
