-
Notifications
You must be signed in to change notification settings - Fork 0
/
poster.tex
207 lines (192 loc) · 15.7 KB
/
poster.tex
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
\documentclass{beamer}
\usepackage[orientation=portrait,size=a0,scale=1.3]{beamerposter}
\mode<presentation>{\usetheme{ZH}}
\usepackage{chemformula}
\usepackage[utf8]{inputenc}
\usepackage[english,russian]{babel}
\usepackage{hyperref}
\usepackage{ragged2e}
\usepackage[font=scriptsize,justification=justified]{caption}
\usepackage{array,booktabs,tabularx}
\graphicspath{{src/figures}}
\newcolumntype{Z}{>{\centering\arraybackslash}X}
%листинг кода
\usepackage{listings}
\usepackage{xcolor}
\definecolor{codegreen}{rgb}{0,0.6,0}
\definecolor{codegray}{rgb}{0.5,0.5,0.5}
\definecolor{codepurple}{rgb}{0.58,0,0.82}
\definecolor{backcolour}{rgb}{0.95,0.95,0.92}
\lstdefinestyle{mystyle}{
backgroundcolor=\color{backcolour},
commentstyle=\color{codegreen},
keywordstyle=\color{magenta},
numberstyle=\tiny\color{codegray},
stringstyle=\color{codepurple},
basicstyle=\ttfamily\footnotesize,
breakatwhitespace=false,
breaklines=true,
captionpos=b,
keepspaces=true,
numbers=left,
numbersep=5pt,
showspaces=false,
showstringspaces=false,
showtabs=false,
tabsize=2
}
\lstset{style=mystyle}
\title{Разработка программного комплекса для моделирования динамики частиц во внешних электромагнитных полях}
\author{Вячеслав Федоров}
\institute[ИЯФ СО РАН]{Институт ядерной физики имени Г. И. Будкера СО РАН}
\date{\today}
\newlength{\columnheight}
\setlength{\columnheight}{104cm}
\begin{document}
\begin{frame}
\begin{columns}
\begin{column}{.43\textwidth}
\begin{beamercolorbox}[center]{postercolumn}
\begin{minipage}{.98\textwidth}
\parbox[t][\columnheight]{\textwidth}{
\begin{myblock}{АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ}
В Институте ядерной физики Сибирского отделения Российской академии наук (ИЯФ СО РАН) в настоящее время реализуются крупные проекты,
включающие линейные ускорители:
\begin{itemize}
\item ЛИУ "--- Линейный Индукционный Ускоритель
\item СКИФ "--- Сибирский Кольцевой Источник Фотонов
\item КИСИ-2 "--- Курчатовский Источник Синхротронного Излучения
\item ТНК "--- Технологический Накопительный Комплекс
\end{itemize}
Разработка \textbf{собственного} программного комплекса в ИЯФ СО РАН обусловлена необходимостью точного расчета,
а также понимания процессов в сильноточных электронных и ионных пучках.
Это имеет ключевое значение для создания и успешной эксплуатации линейных ускорителей.
\end{myblock}\vfill
\begin{myblock}{МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРАНСПОРТИРОВКИ ПУЧКА}
На рисунке~\ref{fig:simulation} представлен результат расчета поперечной динамики
интенсивного электронного пучка в транспортном канале с дискретной фокусировкой и
ускорением в электростатических полях с помощью кода KENV~\cite{KENV} на основе уравнений огибающей Капчинского-Владимирского в сравнении с другими кодами~\cite{nikiforov2020high}:
\begin{itemize}
\item Параметры моделирования в программе ASTRA~\cite{ASTRA}:
число разбиений сетки в области пучка 75$\times$501,
1~000~000 макрочастиц с равномерным поперечным распределением и
длительностью импульса 20~нс.
Время моделирования при этом занимает около 4~часов.
\item В UltraSAM~\cite{UltraSAM} моделирование с сеткой 32$\times$640 заняло трое суток.
\item В KENV расчет с шагом в 1~мм по $z$ занял меньше секунды\footnote[1]{
Все вычисления проводились на ноутбуке с 2‑ядерном процессоре Intel Core i5 с тактовой частотой 2.3 ГГц (Turbo Boost до 3.6 ГГц)
}.
\end{itemize}
\vspace{0.5em}
\begin{figure}
\begin{minipage}{0.94\textwidth}
\centering
\includegraphics[width=0.9\textwidth]{lia_1.png}
\includegraphics[width=0.9\textwidth]{lia_2.png}
\includegraphics[width=0.9\textwidth]{lia_3.png}
\includegraphics[width=0.9\textwidth]{lia_4.png}
\caption{Сравнение огибающих, рассчитанных с помощью кодов KENV, ASTRA, UltraSAM в линейном ускорителе}
\label{fig:simulation}
\end{minipage}
\end{figure}
\end{myblock}\vfill
\begin{myblock}{ВОССТАНОВЛЕНИЕ ОГИБАЮЩЕЙ ПУЧКА}
Восстановление огибающей по экспериментальным данным с использованием генетического алгоритма (см. рис.~\ref{fig:reconstruction}):
\begin{itemize}
\item Особи представлены векторами из сил соленоидальных линз и начальных условий пучка.
\item Стартовая популяция включала в себя 1500 особей, в которых магнитные поля $B_z$, радиусы $r$, угловые разлёты $\displaystyle\frac{dr}{dz}$, нормализованные эмиттансы $\varepsilon_n$ являлись гауссовыми случайными величинами.
\item Минимизация функции приспособленности за 100 поколений.
\end{itemize}
\vspace{0.5em}
\begin{figure}
\begin{minipage}{0.9\textwidth}
\centering
\begin{minipage}[h]{0.65\linewidth}
\center{\includegraphics[width=1\linewidth]{envelope_1500_new.png}}
\center{\includegraphics[width=1\linewidth]{field_1500_new.png}}
\end{minipage}
\hfill
\begin{minipage}[h]{0.30\linewidth}
\center{\includegraphics[width=1\linewidth]{data_1500_new.png}}
\end{minipage}
\caption{Восстановленная огибающая и магнитное поле $B_z(z)$ для 1 и 100 поколений (левая панель).
Сравнение полученных рещультатов с экспериментальными данными для тока 1.5~кА (правая панель).}
\label{fig:reconstruction}
\end{minipage}
\end{figure}
\end{myblock}\vfill
}
\end{minipage}
\end{beamercolorbox}
\end{column}
\begin{column}{.57\textwidth}
\begin{beamercolorbox}[center]{postercolumn}
\begin{minipage}{.98\textwidth}
\parbox[t][\columnheight]{\textwidth}{
\begin{myblock}{ОПТИМИЗАЦИЯ ОГИБАЮЩЕЙ ПУЧКА}
Использование генетического алгоритма для подстройки огибающей (см. рис.~\ref{fig:optimization}):
\begin{itemize}
\item В качестве особей выбраны векторы сил соленоидальных линз.
\item Стартовая популяция включала в себя 100 особей, в которых магнитные поля $B_z$ являлись гауссовыми случайными величинами с некоторым средним значением.
\item Успешная оптимизация достигнута за 50 поколений.
\end{itemize}
\vspace{0.5em}
\begin{figure}
\begin{minipage}{0.94\textwidth}
\centering\includegraphics[width=0.9\textwidth]{genetic_envelope_for_presentation.png}
\caption{Процесс оптимизации огибающей пучка для 10, 20, 30, 40 поколений.}
\label{fig:optimization}
\end{minipage}
\end{figure}
\end{myblock}\vfill
\begin{myblock}{МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПУЧКА}
На рисунке~\ref{fig:lia_5_redpic} представлен результат расчета поперечной динамики интенсивного электронного пучка в транспортном канале с дискретной фокусировкой и ускорением в электростатических полях с помощью кода REDPIC~\cite{REDPIC} на основе релятивистской разностной схемы в сравнении с KENV и кодом ASTRA.
\vspace{0.5em}
\begin{figure}
\begin{minipage}{0.94\textwidth}
\includegraphics[width=1\textwidth]{lia_redpic}
\caption{Сравнение огибающих, рассчитанных с помощью кодов KENV, ASTRA и REDPIC в линейном ускорителе}
\label{fig:lia_5_redpic}
\end{minipage}
\end{figure}
\end{myblock}\vfill
\begin{myblock}{ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ КОДА}
На рисунке~\ref{fig:test_performance_redpic} представлены графики,
показывающие зависимость времени выполнения функции \lstinline{sum_field_particles} из кода REDPIC, от количества частиц для трех различных режимов: без JIT-оптимизации, с JIT-оптимизацией и с JIT-оптимизацией с параллелизмом на ядрах CPU:
\begin{itemize}
\item Использование библиотеки Numba для Python.
\item Улучшение производительности при использовании JIT.
\item Ускорение с параллелизмом на CPU с двумя \lstinline{Intel(R) Xeon(R) E-2288G CPU @ 8 x 3.70GHz}.
\end{itemize}
\vspace{0.5em}
\begin{figure}[!h]
\centering
\begin{minipage}[h]{0.49\linewidth}
\center{\includegraphics[width=1\textwidth]{test_redpic_performance_1}}
\end{minipage}
\hfill
\begin{minipage}[h]{0.49\linewidth}
\center{\includegraphics[width=1\textwidth]{test_redpic_performance_2}}
\end{minipage}
\caption{Зависимость времени выполнения функции \lstinline{sum_field_particles} от количества частиц для трех различных режимов}
\label{fig:test_performance_redpic}
\end{figure}
\end{myblock}\vfill
\begin{myblock}{ЗАКЛЮЧЕНИЕ}
\begin{itemize}
\item Новые возможности для оптимизации параметров ускорительных комплексов и разработки новых методик управления пучками.
\item Внедрение полученных результатов в практические аспекты проектирования и эксплуатации ускорительных комплексов.
\end{itemize}
\end{myblock}\vfill
\begin{myblock}{ССЫЛКИ}
\scriptsize
\bibliographystyle{ieeetr}
\bibliography{./bibliography}
\end{myblock}\vfill
}
\end{minipage}
\end{beamercolorbox}
\end{column}
\end{columns}
\end{frame}
\end{document}