CN117113795B - 一种优化磁约束带电粒子成像系统参数的方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种优化磁约束带电粒子成像系统参数的方法。该方法包括：给出粒子参数：静质量、所带电荷量和动能，计算磁钢度；给出约束参数范围：视场半径、磁场范围、磁透镜厚度范围、漂移距离范围和极面半径；给出磁透镜强度、磁透镜厚度和漂移距离的微分步数及要求的精度值；计算磁透镜强度范围，磁透镜强度、磁透镜厚度及漂移距离的微分步长；设定磁透镜强度、磁透镜厚度和漂移距离的初始值及迭代步长；计算系统半传输矩阵的迹的绝对值；判断磁透镜强度的初始值或迭代后的值是否在磁透镜强度范围内，且系统半传输矩阵的迹的绝对值是否大于要求的精度值，如果是，则进行循环迭代，否则，则计算磁透镜梯度的值；输出优化后的系统参数的值。
Description
技术领域
本申请涉及带电粒子束光学技术领域，尤其涉及一种优化磁约束带电粒子成像系统参数的方法。
背景技术
粒子辐射照相技术在医学、工业无损探测、安检和国防科研领域有着广泛的应用，尤其是高能粒子照相，它是国防应用与基础科学相结合而诞生的高度多用性的发明，是诊断致密物质内部几何结构和物理特性的最有效技术。目前在医学、工业及国防领域最常用的是X射线成像，然而，X射线成像在国防、工业等领域对高密度物体进行快速、高精度成像时，明显不足。并且，在医学中对软组织的分辨能力比较低。因此，长期以来探索新的成像方式一直是研究热点，比如质子成像、电子成像、碳离子等。利用带电粒子成像的方法最早在20世纪70年代被提出，当时的思路是直接利用粒子束照射物体，尽管这可以对物体进行成像，但是，该方法成像时需要紧贴介质才能减小成像过程中由多次库伦散射造成的图像模糊。因此，不足以进行高精度成像，它严重限制着带电粒子成像的分辨率和应用范围。直到20世纪末，科学家提出利用磁透镜约束带电粒子以实现点对点成像的方式。这极大地提升了带电粒子成像的空间分辨力，并且可以远距离传输，这扩大了带电粒子成像的应用范围。研究表明，50 GeV（十亿电子伏特）的质子成像系统可以穿透面密度为（克/平方厘米）的物体，分辨率达到几百微米，其性能远高于X射线成像。
带电粒子成像系统一般由两对四极磁透镜和漂移段构成，要到达点对点成像的目的，就需要使得传输矩阵的迹等于零。带电粒子点对点成像系统是一个多参数可调节的磁透镜系统，在系统中，磁透镜的强度、厚度及漂移段都是可变参数，因此该问题在数学上是一个多解问题，在实际中，往往需要结合实际情况给出最佳系统参数，而多参数可调的特点使得获取符合要求的系统参数变得困难。
发明内容
本申请的目的在于提供一种优化磁约束带电粒子成像系统参数的方法，能够有效地解决带电粒子成像系统的参数优化的问题。
本申请的一个方面提供一种优化磁约束带电粒子成像系统参数的方法。所述方法包括：给出粒子参数，包括静质量、所带电荷量和动能，并基于所述静质量、所带电荷量和所述动能计算磁钢度；给出约束参数范围，包括视场半径、磁场范围、磁透镜厚度范围、漂移距离范围和极面半径；给出磁透镜强度、磁透镜厚度、漂移距离的微分步数及要求的精度值；基于所述磁场范围、所述极面半径及所述磁钢度计算磁透镜强度范围并分别计算所述磁透镜强度、所述磁透镜厚度和所述漂移距离的微分步长；设定所述磁透镜强度、所述磁透镜厚度和所述漂移距离的初始值及其迭代步长；计算系统半传输矩阵的迹的绝对值；对所述磁透镜强度、所述磁透镜厚度和/或所述漂移距离的值不断地进行优化，直到迭代计算得到的所述系统半传输矩阵的迹的绝对值不大于所述要求的精度值；基于优化后的所述磁透镜强度的值及所述磁钢度计算优化后的所述磁透镜梯度的值；及输出优化后的系统参数的值，包括优化后的所述磁透镜梯度的值、优化后的所述磁透镜厚度的值及优化后的所述漂移距离的值。
进一步地，根据带电粒子点对点成像的要求系统半传输矩阵的迹等于0，计算系统半传输矩阵的迹的绝对值/>，其中，/>是系统半传输矩阵，
，/>是漂移距离的传输矩阵，是磁透镜聚焦平面的传输矩阵，是磁透镜散焦平面的传输矩阵，/>矩阵和/>矩阵可以互换，其中，/>为所述磁透镜强度，/>为所述磁透镜厚度，/>为所述漂移距离。
进一步地，所述对所述磁透镜强度、所述磁透镜厚度和/或所述漂移距离的值不断地进行优化，直到迭代计算得到的所述系统半传输矩阵的迹的绝对值不大于所述要求的精度值包括：
步骤1，判断所述磁透镜强度的初始值或迭代后的值是否在所述磁透镜强度范围内，且所述系统半传输矩阵的迹的绝对值/>是否大于所述要求的精度值/>，
步骤2，如果步骤1判断的结果为是，则进行循环迭代，并进行如下的计算：
计算所述磁透镜强度的梯度，其中，/>为所述磁透镜强度的微分步长；
基于当前磁透镜强度的值、所述磁透镜强度的梯度及所述磁透镜强度的迭代步长计算得到下一次迭代的磁透镜强度的值；
如果所述磁透镜厚度的初始值或迭代后的值在所述磁透镜厚度范围内，
则计算所述磁透镜厚度的梯度，其中，/>为所述磁透镜厚度的微分步长，并基于当前磁透镜厚度的值、所述磁透镜厚度的梯度及所述磁透镜厚度的迭代步长计算得到下一次迭代的磁透镜厚度的值；
如果所述漂移距离的初始值或迭代后的值在所述漂移距离范围内，
则计算所述漂移距离的梯度，其中，/>为所述漂移距离的微分步长，并基于当前漂移距离的值、所述漂移距离的梯度及所述漂移距离的迭代步长计算得到下一次迭代的漂移距离的值；
计算所述系统半传输矩阵的迹的绝对值，并返回至步骤1继续判断；
步骤3，如果步骤1判断的结果为否，则停止循环迭代，此时获得优化后的所述磁透镜强度的值、优化后的所述磁透镜厚度的值及优化后的所述漂移距离的值。
进一步地，所述方法还包括：
给出用于加速迭代的多个中间精度值；
其中，根据不同的中间精度值给出所述磁透镜强度不同的迭代步长，
在步骤2中，在进行下一次迭代的磁透镜强度的值的计算时，根据计算出的所述系统半传输矩阵的迹的绝对值落在不同的中间精度值范围，选择所述磁透镜强度不同的迭代步长。
进一步地，用于加速迭代的所述多个中间精度值包括第一中间精度值、第二中间精度值/>、第三中间精度值/>和第四中间精度值/>，其中，，所述迭代步长包括第一迭代步长/>、第二迭代步长/>、第三迭代步长/>和第四迭代步长，其中，
。
进一步地，在步骤2中，
如果大于/>，
则，其中，/>表示迭代第/>次后的值，/>表示迭代第/>次后的/>值；
如果大于/>，
则；
如果大于/>，
则；
否则，
则。
进一步地，在步骤2中，
如果的初始值或迭代后的值在其范围/>内，且/>大于/>，
则计算，
，其中，/>表示迭代第/>次后的/>值，表示迭代第/>次后的/>值。
进一步地，在步骤2中，
如果的初始值或迭代后的值在其范围/>内，且/>大于/>，
则计算，
，其中，/>表示迭代第/>次后的/>值，/>表示迭代第/>次后的/>值。
进一步地，所述方法还包括：
输出所述粒子参数和所述视场半径。
进一步地，所述方法还包括：
设定进行优化的迭代步数的初始值等于0；
每进行一次循环迭代，则所述迭代步数的值加1；及
输出最终迭代的总的迭代步数。
本申请的优化磁约束带电粒子成像系统参数的方法能够具有以下的有益技术效果：
本申请的优化磁约束带电粒子成像系统参数的方法可用于任意带电粒子、任意能量的点对点成像系统参数的优化，解决了设计带电粒子成像系统时复杂的多参数计算问题。
附图说明
图1为本申请一个实施例的优化磁约束带电粒子成像系统参数的方法的流程图。
图2为利用本申请的优化磁约束带电粒子成像系统参数的方法得到的1 MeV的质子成像系统参数。
图3为利用本申请的优化磁约束带电粒子成像系统参数的方法得到的10 MeV的质子成像系统参数。
图4为利用本申请的优化磁约束带电粒子成像系统参数的方法得到的10000000MeV的质子成像系统参数。
图5为利用本申请的优化磁约束带电粒子成像系统参数的方法得到的100 MeV的电子成像系统参数。
图6为利用本申请的优化磁约束带电粒子成像系统参数的方法得到的1000000MeV的电子成像系统参数。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施例并不代表与本申请相一致的所有实施例。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置的例子。
在本申请实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。除非另作定义，本申请实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。在本申请的说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
本申请提供了一种优化磁约束带电粒子成像系统参数的方法。图1揭示了本申请一个实施例的优化磁约束带电粒子成像系统参数的方法的流程图。如图1所示，本申请一个实施例的优化磁约束带电粒子成像系统参数的方法可以包括步骤S1至步骤S10。
步骤S1：可以包括步骤S11和步骤S12。在步骤S11中，给出粒子参数，其中，粒子参数包括静质量、所带电荷量/>和动能/>。在步骤S12中，可以基于静质量/>、所带电荷量/>和动能/>计算磁钢度/>。
在一些实施例中，可以基于静质量和动能/>计算动量/>，如以下公式所示：
。
然后，可以基于计算出的动量和所带电荷量/>计算磁钢度/>，如以下公式所示：
。
步骤S2：给出约束参数范围，其中，约束参数范围包括视场半径、磁场范围、磁透镜厚度范围/>、漂移距离范围和极面半径/>。
步骤S3：给出磁透镜强度的微分步数/>、磁透镜厚度/>的微分步数、漂移距离/>的微分步数/>及要求的精度值/>。
步骤S4：可以包括步骤S41至步骤S44。在步骤S41中，可以基于磁场范围、极面半径/>及磁钢度/>计算得到磁透镜强度范围。
在一些实施例中，可以基于磁场范围和极面半径/>并根据以下公式计算得到磁透镜梯度范围/>：
。
然后，可以基于磁透镜梯度范围及磁钢度/>并根据以下公式计算得到磁透镜强度范围/>：
。
在步骤S42中，可以基于磁透镜强度范围及磁透镜强度/>的微分步数/>计算得到磁透镜强度/>的微分步长/>，如以下公式所示：
。
在步骤S43中，可以基于磁透镜厚度范围及磁透镜厚度/>的微分步数/>计算得到磁透镜厚度/>的微分步长/>，如以下公式所示：
。
在步骤S44中，可以基于漂移距离范围及漂移距离/>的微分步数/>计算得到漂移距离/>的微分步长/>，如以下公式所示：
。
步骤S5：设定磁透镜强度的初始值、磁透镜厚度/>的初始值和漂移距离/>的初始值；并设定磁透镜强度/>的迭代步长、磁透镜厚度/>的迭代步长/>，漂移距离/>的迭代步长/>。
步骤S6：根据带电粒子点对点成像的要求系统半传输矩阵的迹等于0，计算系统半传输矩阵的迹的绝对值/>，
，
其中，是系统半传输矩阵，
，
其中，是漂移距离的传输矩阵，/>是磁透镜聚焦平面的传输矩阵，/>是磁透镜散焦平面的传输矩阵，/>矩阵和/>矩阵可以互换。
步骤S7：判断磁透镜强度的初始值或迭代后的值是否在磁透镜强度范围内，且系统半传输矩阵的迹的绝对值/>是否大于要求的精度值/>。
步骤S8：如果步骤S7的判断结果为是，则进行循环迭代，并进行如下的计算：
S81：计算磁透镜强度的梯度/>，如以下公式所示：
。
S82：基于当前磁透镜强度的值、磁透镜强度/>的梯度/>及磁透镜强度的迭代步长计算得到下一次迭代的磁透镜强度的值。
S83：如果磁透镜厚度的初始值或迭代后的值在磁透镜厚度范围内，
则计算磁透镜厚度的梯度/>，如以下公式所示：
；
然后，基于当前磁透镜厚度的值、磁透镜厚度的梯度及磁透镜厚度的迭代步长/>计算得到下一次迭代的磁透镜厚度的值。
S84：如果漂移距离的初始值或迭代后的值在漂移距离范围/>内，
则计算漂移距离的梯度/>，如以下公式所示：
，
然后，基于当前漂移距离的值、漂移距离的梯度及漂移距离的迭代步长计算得到下一次迭代的漂移距离的值。
S85：计算系统半传输矩阵的迹的绝对值，并返回至步骤S7继续判断。
步骤S9，如果步骤S7的判断结果为否，则停止循环迭代，此时得到的磁透镜强度的值、磁透镜厚度/>的值及漂移距离/>的值即为优化后的磁透镜强度/>的值、优化后的磁透镜厚度/>的值及优化后的漂移距离/>的值，基于优化后的磁透镜强度/>的值及磁钢度并根据公式/>计算优化后的磁透镜梯度/>的值。
步骤S10：输出优化后的系统参数的值，其中，优化后的系统参数的值包括优化后的磁透镜梯度的值、优化后的磁透镜厚度/>的值及优化后的漂移距离/>的值。
在一些实施例中，本申请的步骤S3还可以包括：给出用于加速迭代的多个中间精度值，其中，在步骤S5中，可以根据不同的中间精度值给出磁透镜强度不同的迭代步长；在步骤S8中，在进行下一次迭代的磁透镜强度的值的计算时，可以根据计算出的系统半传输矩阵的迹的绝对值落在不同的中间精度值范围，选择磁透镜强度不同的迭代步长。
在一个实施例中，本申请的用于加速迭代的多个中间精度值可以包括第一中间精度值、第二中间精度值/>、第三中间精度值/>和第四中间精度值/>，其中，/>；迭代步长可以包括第一迭代步长/>、第二迭代步长/>、第三迭代步长/>和第四迭代步长，其中，
。
可选地，在上述的S82中，
如果大于/>，
则，其中，/>表示迭代第/>次后的值，/>表示迭代第/>次后的/>值；
如果大于/>，
则；
如果大于/>，
则；
否则，
则。
从而，可以根据计算出的系统半传输矩阵的迹的绝对值落在不同的中间精度值范围，选择磁透镜强度不同的迭代步长，从而可以加速迭代进程，提高迭代速度。
可选地，在上述的S83中，
如果的初始值或迭代后的值在其范围/>内，且/>大于/>，
则计算，
，其中，/>表示迭代第/>次后的/>值，表示迭代第/>次后的/>值。
可选地，在上述的S84中，
如果的初始值或迭代后的值在其范围/>内，且/>大于/>，
则计算，
，其中，/>表示迭代第/>次后的/>值，/>表示迭代第/>次后的/>值。
在一些可选的实施例中，本申请的步骤S10还可以进一步包括：输出粒子参数（包括静质量，所带电荷量/>，动能/>）和视场半径/>。
在一些可选的实施例中，本申请的方法还可以包括：设定进行优化的迭代步数的初始值等于0；及每进行一次循环迭代，则迭代步数/>的值加1。因此，步骤S10还可以包括：输出最终迭代的总的迭代步数/>。
本申请的优化磁约束带电粒子成像系统参数的方法能够具有以下的有益技术效果：
本申请的优化磁约束带电粒子成像系统参数的方法可用于任意带电粒子、任意能量的点对点成像系统参数的优化，解决了设计带电粒子成像系统时复杂的多参数计算问题。
以下给出了利用本申请的优化磁约束带电粒子成像系统参数的方法得到的一些成像系统参数的实施例。
实施例1
本申请实施例提供了动能为1MeV（兆电子伏特）的质子成像系统参数，要求系统半矩阵的迹小于0.001。优化结果如图2所示，其中，输入值：静质量为938 MeV，电荷量/>为1 e，动能/>为1 MeV，视场半径/>为0.15 m，极面半径/>为0.23 m，磁感应强度范围为T（特斯拉），磁透镜厚度范围为/>m（米），漂移距离范围为/>m，微分步数均为109，精度值/>为10-4，精度值/>为/>，精度值/>为/>，精度值/>为/>，精度值/>为/>。磁透镜强度/>、磁透镜厚度/>和漂移距离/>的初始值为最小值，通过本申请的方法优化并进行精度舍入，梯度值保留至10-9T/m，磁透镜厚度和漂移距离保留至0.1 mm。舍入后的参数是：磁透镜梯度/>是0.457421005T/m，磁透镜厚度/>是0.4798m，漂移距离/>是0.4342m，舍入后的/>精度是0.0002，迭代次数/>是3574930。
实施例2
本申请实施例提供了动能为10 MeV的质子成像系统参数，要求系统半矩阵的迹小于0.001。优化结果如图3所示，其中，输入值：静质量为938 MeV，电荷量/>为1 e，动能为10 MeV，视场半径/>为0.15 m，极面半径/>为0.23 m，磁感应强度范围为[0.001,8] T，磁透镜厚度范围为[0.1, 100]m，漂移距离范围为/>m，微分步数均为109，精度值/>为10-4，精度值/>为/>，精度值/>为/>，精度值/>为，精度值/>为/>。磁透镜强度/>、磁透镜厚度/>和漂移距离/>的初始值为最小值，通过本申请的方法优化并进行精度舍入，梯度值保留至10-9T/m，磁透镜厚度和漂移距离保留至0.1 mm。舍入后的参数是：磁透镜梯度/>是 0.471971614T/m，磁透镜厚度/>是0.8895m，漂移距离/>是0.6786m，舍入后的/>精度是0.0003，迭代次数是2058550。
实施例3
本申请实施例提供了动能为10000000 MeV的质子成像系统参数，要求系统半矩阵的迹小于0.001。优化结果如图4所示，其中，输入值：静质量为938 MeV，电荷量/>为1e，动能/>为10000000 MeV，视场半径/>为0.15 m，极面半径/>为0.23 m，磁感应强度范围为/>T，磁透镜厚度范围为/>m，漂移距离范围为/>m，微分步数均为109，精度值/>为10-4，精度值/>为/>，精度值/>为/>，精度值为/>，精度值/>为/>。磁透镜强度/>、磁透镜厚度/>和漂移距离/>的初始值为最小值，通过本申请的方法优化并进行精度舍入，梯度值保留至10-9T/m，磁透镜厚度和漂移距离保留至0.1 mm。舍入后的参数是：磁透镜梯度/>是 19.369695680T/m，磁透镜厚度/>是35.049m，漂移距离/>是32.7341m，舍入后的/>精度是0.0001，迭代次数/>是319596。
实施例4
本申请实施例提供了动能为100 MeV的电子成像系统参数，要求系统半矩阵的迹小于0.001。优化结果如图5所示，其中，输入值：静质量量为0.511 MeV，电荷量/>为1e，动能/>为100 MeV，视场半径/>为0.15 m，极面半径/>为0.23 m，磁感应强度范围为T，磁透镜厚度范围为/>m，漂移距离范围为/>m，微分步数均为109，精度值/>为10-4，精度值/>为/>，精度值/>为/>，精度值为/>，精度值/>为/>。磁透镜强度/>、磁透镜厚度/>和漂移距离/>的初始值为最小值，通过本申请的方法优化并进行精度舍入，梯度值保留至10-9T/m，磁透镜厚度和漂移距离保留至0.1 mm。舍入后的参数是：磁透镜梯度/>是0.084642686T/m，磁透镜厚度/>是1.8701m，漂移距离/>是1.256m，舍入后的/>精度是0.0001，迭代次数是3909617。
实施例5
本申请实施例提供了动能为1000000 MeV的电子成像系统参数，要求系统半矩阵的迹小于0.001。优化结果如图6所示，其中，输入值：静质量为0.511 MeV，电荷量/>为1e，动能/>为1000000 MeV，视场半径/>为0.15 m，极面半径/>为0.23 m，磁感应强度范围为/>T，磁透镜厚度范围为/>m，漂移距离范围为/>m，微分步数均为109，精度值/>为10-4，精度值/>为/>，精度值/>为/>，精度值为/>，精度值/>为/>。磁透镜强度/>、磁透镜厚度/>和漂移距离/>的初始值为最小值，通过本申请的方法优化并进行精度舍入，梯度值保留至10-9T/m，磁透镜厚度和漂移距离保留至0.1 mm。舍入后的参数是：磁透镜梯度/>是30.331505712T/m，磁透镜厚度/>是9.3201m，漂移距离/>是7.4675m，舍入后的/>精度是0.0001，迭代次数/>是14046991。
以上图2至图6中所描述的实施例仅仅是示意性的，其中，图中涉及的粒子参数等信息都可以不同，也可相同。
以上对本申请实施例所提供的优化磁约束带电粒子成像系统参数的方法进行了详细的介绍。本文中应用了具体个例对本申请实施例的优化磁约束带电粒子成像系统参数的方法进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的核心思想，并不用以限制本申请。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请的精神和原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也均应落入本申请所附权利要求书的保护范围内。
Claims (9)
1.一种优化磁约束带电粒子成像系统参数的方法，其特征在于：包括：
给出粒子参数，包括静质量、所带电荷量和动能，并基于所述静质量、所带电荷量和所述动能计算磁钢度；给出约束参数范围，包括视场半径、磁场范围、磁透镜厚度范围、漂移距离范围和极面半径；给出磁透镜强度、磁透镜厚度、漂移距离的微分步数及要求的精度值，其中，根据以下公式计算所述磁钢度：
，/>，
其中， 为磁钢度， />为动量， />为所带电荷量计算， />为静质量， />为动能；
基于所述磁场范围、所述极面半径及所述磁钢度计算磁透镜强度范围并分别计算所述磁透镜强度、所述磁透镜厚度和所述漂移距离的微分步长，其中，所述磁透镜强度范围根据公式 及 />计算，所述磁透镜强度、所述磁透镜厚度和所述漂移距离的微分步长分别根据以下公式计算：
，，，
其中， 为磁透镜梯度， />为磁场， />为极面半径， />为磁透镜强度，为磁透镜强度范围， />为磁透镜厚度范围，为漂移距离范围， />、 />、 />分别为磁透镜强度 />、磁透镜厚度 />、漂移距离 />的微分步数， />、 />、分别为磁透镜强度 />、磁透镜厚度 />、漂移距离 />的微分步长；
设定所述磁透镜强度、所述磁透镜厚度和所述漂移距离的初始值及其迭代步长；
根据带电粒子点对点成像的要求系统半传输矩阵的迹 等于0，计算系统半传输矩阵的迹的绝对值 />，其中， />是系统半传输矩阵，
，
是漂移距离的传输矩阵， />是磁透镜聚焦平面的传输矩阵， />是磁透镜散焦平面的传输矩阵， />矩阵和 />矩阵可互换，
其中， 为所述磁透镜厚度， />为所述漂移距离；
对所述磁透镜强度、所述磁透镜厚度和/或所述漂移距离的值不断地进行优化，直到迭代计算得到的所述系统半传输矩阵的迹的绝对值不大于所述要求的精度值；
基于优化后的所述磁透镜强度的值及所述磁钢度并根据公式 计算优化后的所述磁透镜梯度的值；及
输出优化后的系统参数的值，包括优化后的所述磁透镜梯度的值、优化后的所述磁透镜厚度的值及优化后的所述漂移距离的值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述对所述磁透镜强度、所述磁透镜厚度和/或所述漂移距离的值不断地进行优化，直到迭代计算得到的所述系统半传输矩阵的迹的绝对值不大于所述要求的精度值包括：
步骤1，判断所述磁透镜强度的初始值或迭代后的值是否在所述磁透镜强度范围内，且所述系统半传输矩阵的迹的绝对值 是否大于所述要求的精度值 />，
步骤2，如果步骤1判断的结果为是，则进行循环迭代，并进行如下的计算：
计算所述磁透镜强度的梯度，其中， />为所述磁透镜强度的微分步长；
基于当前磁透镜强度的值、所述磁透镜强度的梯度 及所述磁透镜强度的迭代步长计算得到下一次迭代的磁透镜强度的值；
如果所述磁透镜厚度的初始值或迭代后的值在所述磁透镜厚度范围内，
则计算所述磁透镜厚度的梯度，其中， />为所述磁透镜厚度的微分步长，并基于当前磁透镜厚度的值、所述磁透镜厚度的梯度及所述磁透镜厚度的迭代步长计算得到下一次迭代的磁透镜厚度的值；
如果所述漂移距离的初始值或迭代后的值在所述漂移距离范围内，
则计算所述漂移距离的梯度，其中， />为所述漂移距离的微分步长，并基于当前漂移距离的值、所述漂移距离的梯度及所述漂移距离的迭代步长计算得到下一次迭代的漂移距离的值；
计算所述系统半传输矩阵的迹的绝对值 ，并返回至步骤1继续判断；
步骤3，如果步骤1判断的结果为否，则停止循环迭代，此时获得优化后的所述磁透镜强度的值、优化后的所述磁透镜厚度的值及优化后的所述漂移距离的值。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：还包括：
给出用于加速迭代的多个中间精度值；
其中，根据不同的中间精度值给出所述磁透镜强度不同的迭代步长，
在步骤2中，在进行下一次迭代的磁透镜强度的值的计算时，根据计算出的所述系统半传输矩阵的迹的绝对值落在不同的中间精度值范围，选择所述磁透镜强度不同的迭代步长。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：用于加速迭代的所述多个中间精度值包括第一中间精度值 、第二中间精度值 />、第三中间精度值 />和第四中间精度值 />，其中， />，所述迭代步长包括第一迭代步长、第二迭代步长 />、第三迭代步长 />和第四迭代步长 />，其中，
＞ />＞ />＞ />。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：在步骤2中，
如果 大于/>，
则 ，其中， />表示迭代第 />次后的值， />表示迭代第 />次后的 />值；
如果 大于/>，
则 ；
如果 大于/>，
则 ；
否则
则 。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于：在步骤2中，
如果 的初始值或迭代后的值在其范围 />内，且 />大于，
则计算 ，
，其中， />表示迭代第 />次后的 />值，表示迭代第 />次后的 />值。
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于：在步骤2中，
如果 的初始值或迭代后的值在其范围 />内，且 />大于 />，
则计算 ，
，其中， />表示迭代第 />次后的 />值， />表示迭代第 />次后的 />值。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括：
输出所述粒子参数和所述视场半径。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括：
设定进行优化的迭代步数 的初始值等于0；
每进行一次循环迭代，则所述迭代步数 的值加1；及
输出最终迭代的总的迭代步数。
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