Uncertainty modeling and analysis of the European X-ray free electron laser cavities manufacturing process
Uncertainty modeling and analysis of the European X-ray free electron laser cavities manufacturing process
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欧洲X射线自由电子激光腔制造过程的不确定性建模与分析
DOI：
10.1016/j.nima.2020.164135
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发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
U. van Rienen
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
J. Corno;N. Georg;S. Gorgi Zadeh;J. Heller;V. Gubarev;T. Roggen;U. Römer;C. Schmidt;S. Schöps;J. Schultz;A. Sulimov;U. van Rienen
本文报道了加速器腔体设计中不确定度量化和全局灵敏度分析的综合研究工作。以欧洲X射线自由电子激光器(EXFEL)产生的特斯拉形超导腔为研究对象。这些型腔的选择由可用于证实模拟模型的可用测量数据来解释。制造链的每一步都与涉及的不确定性一起记录在案。这些步骤中的几个在模拟侧被模仿，例如通过引入随机本征值问题。然后对不确定性进行数值量化，特别是敏感度对系统行为的有价值的洞察。我们还将这些发现与对制造的空洞进行的纯统计研究进行了比较。采用了更先进的、自适应的、代理的建模技术，这些技术对于包含大量不确定参数至关重要。主要贡献在于一方面对EXFEL腔的测量结果进行了详细的比较和融合，另一方面进行了基于模拟的不确定度研究。在介绍了加速器腔的物理量和麦克斯韦本征值问题之后，报道了EXFEL腔的制造和测量的细节。紧随其后的是不确定性建模和量化研究。
This paper reports on comprehensive efforts on uncertainty quantification and global sensitivity analysis for accelerator cavity design. As a case study object the TESLA shaped superconducting cavities, as produced for the European X-ray Free Electron Laser (EXFEL), are selected. The choice for these cavities is explained by the available measurement data that can be leveraged to substantiate the simulation model. Each step of the manufacturing chain is documented together with the involved uncertainties. Several of these steps are mimicked on the simulation side, e.g., by introducing a random eigenvalue problem. The uncertainties are then quantified numerically and in particular the sensitivities give valuable insight into the system behavior. We also compare these findings to purely statistical studies carried out for the manufactured cavities. More advanced, adaptive, surrogate modeling techniques are adopted, which are crucial to incorporate a large number of uncertain parameters. The main contribution is the detailed comparison and fusion of measurement results for the EXFEL cavities on the one hand and simulation based uncertainty studies on the other hand. After introducing the quantities of physical interest for accelerator cavities and the Maxwell eigenvalue problem, the details on the manufacturing of the EXFEL cavities and measurements are reported. This is followed by uncertainty modeling with quantification studies.
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Jacopo Corno;C. Falco;H. Gersem;S. Schöps