CN117355024A - 一种用于回旋加速器中心区电场的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于回旋加速器中心区电场的计算方法，包括：选定中心区电场计算区域，获得该区域中心区电场结构的初始版本；读取初始版本CAD文件的轮廓数据，并进行多边形处理；进行等间距网格点的网格离散化；对所有网格点设置电势初值；对区域内的所有网格点进行迭代计算；将计算出的将当前中心区结构的电场计算数据进行处理，将对应电压下的电场数据发送给粒子跟踪软件，粒子跟踪软件根据设计要求对初始版本CAD文件进行修改。本发明可以方便的处理中心区的模型，省去了复杂的建模过程，将中心区中复杂的步骤简单化；提高的中心区的迭代优化效率，减少了所用时间；程序自动化程度高，易用性好，很好的解决了中心区的电场计算问题。

Description

一种用于回旋加速器中心区电场的计算方法

技术领域

本发明涉及回旋加速器技术领域，尤其涉及一种用于回旋加速器中心区电场的计算方法。

背景技术

回旋加速器中心区是束流从低能到具有一定能量并进入常规加速过程的过渡区域，除了要考虑后面与整个机器的接收度匹配之外，还要考虑其与低能注入束流的匹配，直接影响到加速器整个的性能。在中心区电聚焦起到非常大的作用，所以其电场的计算尤其重要。中心区结构复杂，相对于加速器尺寸较小，且其结构的细微改动即可对电场带来变化，影响束流的轨道。

现有技术采用通用三维有限元软件计算中心区电场、不便于对中心区建模和剖分，并且，采用三维有限元软件计算中心区电场耗时较长，而中心区计算又是个反复迭代优化的过程。回旋加速器中常用的三维电场计算软件relax3d由Fortran程序开发，时间久远，易用性差，其处理步骤难以应对复杂模型，且使用复杂。以上都不能较好的解决中心区电场的问题。

发明内容

针对现有技术计算中心区电场耗时较长、以应对复杂模型、且使用复杂的问题，提出一种用于回旋加速器中心区电场的计算方法，第一目的在于解决现有技术中心区电场计算耗时较长的问题；第二目的在于解决现有技术中心区电场计算方法难以应对复杂模型的问题。

本发明为解决其技术问题采用以下技术方案

一种用于回旋加速器中心区电场的计算方法，其特点是：包括以下步骤：

步骤一、选定中心区电场计算区域，该区域由多个局部区域组成；

步骤二、获得该区域中心区电场结构的初始版本；

步骤三、读取初始版本CAD文件并获取中心区电场结构的轮廓数据；

步骤四、对初始轮廓数据进行多边形处理，得到用线段和坐标表示的多边形初始轮廓数据；

步骤五、对各个局部区域进行等间距网格点的网格离散化；该等间距网格点为电场计算点；

步骤六、针对当前网格点与多边形初始轮廓数据的相对位置对多个局部区域的所有网格点设置电势初值；

步骤七、对多个局部区域的所有网格点判断是否是区域内的网格点，如果是区域内的网格点，转入步骤八，如果是非区域内的网格点，转入步骤九；

所述区域内的网格点既是当前网格点的前、后、左、右、上、下六个维度均存在网格点；所述非区域内的网格点，即是当前网格点的六个维度中至少1个维度的网格点不存在；

步骤八、对区域内的所有网格点进行迭代计算；

步骤九、对非区域内的网格点进行边界处理；

步骤十、对完成迭代计算和边界处理的所有网格点判断是否满足收敛条件，如果不满足，返回步骤八；如果满足，继续步骤十一；

步骤十一、将计算出的将当前中心区结构的电场计算数据进行处理，根据加速器高频电压将结果数据调整为对应电压下的电场数据；

步骤十二、将对应电压下的电场数据发送给粒子跟踪软件，粒子跟踪软件判断当前中心区结构的电场是否满足中心区电场设计要求，如果不满足，粒子跟踪软件根据设计要求对初始版本CAD文件进行修改，并返回步骤二，如果满足，则计算结束。

进一步地，所述步骤一的中心区电场计算区域包括以高频腔头部区域为边界的上、中、下三层方形区域；该上层方形区域内包含180度对称布设的高频腔上D板、高频腔上D板两侧的上层虚拟0电位板、以及高频腔上D板和虚拟0电位板之间的加速缝隙；该下层方形区域内包含180度对称布设的高频腔下D板、高频腔下D板两侧的下层虚拟0电位板、以及高频腔下D板和下层虚拟0电位板之间的加速缝隙；该中间层的方形区域包括所述上D板和下D板之间的束流通道。

进一步地，所述步骤二的获得该区域中心区电场计算的初始版本，该初始版本第一次是根据和当前回旋加速器电场能量相接近的上一个回旋加速器的主磁铁设计获得加速平衡轨道参数，以此确定中心区结构的初始版本尺寸，并输出各层CAD图形为可读取的dxf文件格式；第一次以后的初始版本是粒子跟踪软件根据处理结果修改的初始版本；所述各层，是指为以高频腔头部区域为边界的上、中、下三层。

进一步地，所述步骤四的对初始轮廓数据进行多边形处理，得到用线段和坐标表示的多边形初始轮廓数据，具体为：

1)读取dxf格式的图形文件，从中获取中心区各结构的轮廓数据；

2)轮廓数据分为线段和圆弧线，将其中的圆弧线用多个线段组合代替；

3)将所有轮廓数据转化为线段；

4)处理线段数据，通过端点坐标相连将中心区各结构连接成多个多边形初始轮廓数据。

进一步地，所述步骤五的对各个局部区域进行等间距网格点的网格离散化，具体为：

1)在计算区域的X、Y、Z方向每隔设定的毫米取一个点；该设定的点为满足多个局部区域最小网格尺寸的点；

2)把上、中、下三层方形区域内的所有点都取出来。

进一步地，所述步骤六的针对当前网格与多边形初始轮廓数据的相对位置对所有网格点设置电势初值，具体过程如下：

1)对每一层方形区域进一步划分高压结构、0电位结构、缝隙结构；高频腔上D板、高频腔下D板为高压结构；上层0电位板和下层0电位板为0电位结构；高频腔上D板和上层0电位板之间的缝隙、高频腔下D板和下层0电位板之间的缝隙、以及高频腔上D板和高频腔下D板之间的缝隙为缝隙结构；

2)对每一类结构中的所有计算点赋予电势初值，高压结构赋值1，0电位结构赋值0，缝隙结构第一次赋予初值0，随着每次一次迭代计算修改该初始值。

进一步地，所述过程2)具体为以下步骤：

a.如果节点落在高压结构的多边形内，根据中心区要求赋予多边形内点的等电势1；

b.如果节点落在0电位结构的多边形内，根据中心区要求赋予多边形内点的等电势0；

c.若在距离高压结构的多边形、或者0电位结构的多边形边界一定距离d以内，同样赋予相应的1或0，以增加计算结果准确性；

d.若落在缝隙结构上，则赋初值0；

e.逐层进行上述赋初值操作，形成完整的三维电场赋初值操作，并获得三维电场所有的高电势和0电势位置数据；

进一步地，所述步骤八的迭代计算具体步骤如下：

1)将中心区的电场计算简化为静电场问题；

2)根据静电场中电势分布的物理关系，由于中心区网格划分时选择了相同尺寸的网格点，各个点的电势关系就会有一个非常规则的形式，即公式(1)。

在计算区域网格尺寸相同时，静电场的三维差分公式：

6U_i,j,k＝U_i+1,j,k+U_i-1,j,k+U_i,j+1,k+U_i,j-1,k+U_i,j,k+1+U_i,j,k-1 (1)

其中i,j,k代表x,y,z三个方向的位置，U为各点的电势，公式表明计算区域内部一点的电势为其上下前后左右6点的平均值。

3)为了加速迭代过程，在公式(1)的基础上，进一步引入了求解这类电场微分问题的常用方法超松弛迭代方法，相邻两次的超松弛迭代公式：

其中i,j,k代表x,y,z三个方向的位置，w取值(0,2)为松弛因子，计算时可以通过尝试选取一个速度最快的松弛因子；U和V分别为相邻两次的电势值和迭代后的电势值。

4)判断当前网格点是否落入在0电位结构或者高压电位结构，如果是，则判断当前网格点的值Vi,j,k是否改变了初始值，如果改变了初始值，则恢复初始值；当前网格点不是落入在0电位结构或者高压电位结构，则用当前网格点的值Vi,j,k替换上一次该网格点的赋值。

进一步地，所述步骤九的边界处理，既是对当前网格点剩余维度的网格点进行迭代计算，迭代计算采用的公式(1)和公式(2)。

进一步地，所述步骤十的收敛条件，具体过程如下：

在计算过程中始终监测相邻两次计算结果之间的最大误差，当相邻两次计算误差满足设计的精度要求，则达到收敛条件，计算结束；

本发明的优点效果

本发明编写出计算中心区电场的程序，可以方便的处理中心区的模型，省去了复杂的建模过程，将中心区中复杂的步骤简单化；提高的中心区的迭代优化效率，减少了所用时间；程序自动化程度高，易用性好，很好的解决了中心区的电场计算问题。

附图说明

图1为本发明选定的中心区电场计算区域上、中、下三层俯视图；

图2为本发明选定的中心区电场计算区域中层俯视图；

图3为本发明选定的中心区电场计算区域上、中、下三层立体图；

图4为本发明中心区电场计算局部区域等距离网格划分示意图一；

图5为本发明中心区电场计算局部区域等距离网格划分示意图二；

图6为现有技术非等距离网格划分示意图；

图7为本发明用于回旋加速器中心区电场计算方法流程图；

具体实施方式

本发明设计原理

1.本发明的设计目标：设计目标是根据中心区电场结构的初始版本，进行中心区电场结构的电场数据计算，再将对应电压下的电场数据发送给粒子跟踪软件，粒子跟踪软件判断当前中心区结构初始版本的电场结构是否满足当前加速器电场结构的设计要求，如果不满足，粒子跟踪软件根据设计要求对初始版本CAD文件进行修改，本发明再根据粒子跟踪软件修改后的初始版本继续进行中心区电场结构的电场数据计算，直至粒子跟踪软件判断中心区电场结构的设计符合要求为止。

2.中心区电场计算的难点：难点是网格点的赋值耗时太长(所述赋值就是赋值1或者0，赋值1的既是该网格点落在高压结构上，赋值0的就是网格点落在0点位结构上)，耗时太长的原因是难以确定当前网格点在哪个坐标，难以确定在哪个坐标的原因是传统方法的网格点大小不同，如图6所示，网格点大小不同就不容易用推算的方法很快地推算出当前网格点在哪个物理位置上。不容易确定当前网格点的位置也就不容易给其赋值1或者0。

现有技术网格的划分结果如图6所示，即便是在同一个局部区域其网格点也是大小不同的，因为其划分网格点有二个标准，第一，局部区域的边界不能被破坏，也就是网格点不能超出某个局部区域的边界；第二、当满足区域边界不被破坏的前提下，尽量使得该区域网格点均匀，这两个条件中，第一个条件是基础，在满足第一个条件的情况才有第二个条件。不难发现，其边界上的网格点有的大有的小，并且以边界线上的网格大小组成不同的网格组，相同大小的网格组成一组，由此形成了区域和区域之间的网格互相独立，区域内部又划分很多独立的网格组，所以，计算起来非常耗时；

3.本发明等距离最小单位网格点划分方法：因为采用的是最小网格单位，所以能够兼顾各种区域边界的需求，也就是本发明找到了一个能够同时兼顾边界不被破坏、网格均匀、运算速度快的需求，所述边界不被破坏就是不存在网格点压轮廓线的问题，所述压轮廓线就是半个网格点在轮廓线内，半个网格点在轮廓线外。之所以不存在网格点压线的问题，是因为本发明设计的网格点足够小，网格点或者落在局部轮廓以内或者落在局部轮廓以外。

4、本发明基于等间距网格点的简化设计和快速运算的原理。第一、由于是等间距网格点，就很容易推算出每个网格点的物理位置，所述物理位置就是当前网格点落在高压结构、还是0电位结构、还是缝隙结构；第二、将三维计算变成二维计算简化处理。由于本发明网格点的三个方向长度一致，所以，也同样很容易推算出当前网格点的纵坐标位置。如果判断当前网格点的纵坐标落在高频腔上D板和下D板之间的缝隙结构，则缝隙结构内的所有网格点都赋初值为0，如果判断判断当前网格点落在高频腔上D板和或高频腔下D板的二维平面范围，并且当前网格点的纵向坐标不超出上D板和下D板的厚度范围，在这个厚度范围和二维平面范围内的网格点都赋值为1。这样就不需要一个一个网格点判断，而是把一个范围的网格点都赋值同样的初值。省去了大部分计算时间。

基于以上原理，本发明设计了一种用于回旋加速器中心区电场的计算方法，如图7所示，其特点是：包括以下步骤：

步骤一、选定中心区电场计算区域，该区域由多个局部区域组成；

步骤二、获得该区域中心区电场结构的初始版本；

步骤三、读取初始版本CAD文件并获取中心区电场结构的轮廓数据；

步骤四、对初始轮廓数据进行多边形处理，得到用线段和坐标表示的多边形初始轮廓数据；

步骤五、对各个局部区域进行等间距网格点的网格离散化；该等间距网格点为电场计算点；

步骤六、针对当前网格点与多边形初始轮廓数据的相对位置对多个局部区域的所有网格点设置电势初值；

步骤七、对多个局部区域的所有网格点判断是否是区域内的网格点，如果是区域内的网格点，转入步骤八，如果是非区域内的网格点，转入步骤九；

所述区域内的网格点既是当前网格点的前、后、左、右、上、下六个维度均存在网格点；所述非区域内的网格点，既是点前网格点的六个维度中至少1个维度的网格点不存在；

步骤八、对区域内的所有网格点进行迭代计算；

步骤九、对非区域内的网格点进行边界处理；

步骤十、对完成迭代计算和边界处理的所有网格点判断是否满足收敛条件，如果不满足，返回步骤八；如果满足，继续步骤十一；

步骤十一、将计算出的将当前中心区结构的电场计算数据进行处理，根据加速器高频电压将结果数据调整为对应电压下的电场数据；

步骤十二、将对应电压下的电场数据发送给粒子跟踪软件，粒子跟踪软件判断当前中心区结构的电场是否满足中心区电场设计要求，如果不满足，粒子跟踪软件根据设计要求对初始版本CAD文件进行修改，并返回步骤二，如果满足，则计算结束。

进一步地，如图3所示，所述步骤一的中心区电场计算区域包括以高频腔头部区域为边界的上、中、下三层方形区域；如图1所示，该上层方形区域内包含180度对称布设的高频腔上D板、高频腔上D板两侧的上层虚拟0电位板、以及高频腔上D板和虚拟0电位板之间的加速缝隙；该下层方形区域内包含180度对称布设的高频腔下D板、高频腔下D板两侧的下层虚拟0电位板、以及高频腔下D板和下层虚拟0电位板之间的加速缝隙；如图2所示，该中间层的方形区域包括所述上D板和下D板之间的束流通道。

进一步地，所述步骤二的获得该区域中心区电场计算的初始版本，该初始版本第一次是根据和当前回旋加速器电场能量相接近的上一个回旋加速器的主磁铁设计获得加速平衡轨道参数，以此确定中心区结构的初始版本尺寸，并输出各层CAD图形为可读取的dxf文件格式；第一次以后的初始版本是粒子跟踪软件根据处理结果修改的初始版本；所述各层，是指为以高频腔头部区域为边界的上、中、下三层。

进一步地，所述步骤四的对初始轮廓数据进行多边形处理，得到用线段和坐标表示的多边形初始轮廓数据，具体为：

1)读取dxf格式的图形文件，从中获取中心区各结构的轮廓数据；

2)轮廓数据分为线段和圆弧线，将其中的圆弧线用多个线段组合代替；

3)将所有轮廓数据转化为线段；

4)处理线段数据，通过端点坐标相连将中心区各结构连接成多个多边形初始轮廓数据。

进一步地，如图4、图5所示，所述步骤五的对各个局部区域进行等间距网格点的网格离散化，具体为：

1)在计算区域的X、Y、Z方向每隔设定的毫米取一个点；该设定的点为满足多个局部区域最小网格尺寸的点；

2)把上、中、下三层方形区域内的所有点都取出来。

进一步地，所述步骤六的针对当前网格与多边形初始轮廓数据的相对位置对所有网格点设置电势初值，具体过程如下：

1)对每一层方形区域进一步划分高压结构、0电位结构、缝隙结构；高频腔上D板、高频腔下D板为高压结构；上层0电位板和下层0电位板为0电位结构；高频腔上D板和上层0电位板之间的缝隙、高频腔下D板和下层0电位板之间的缝隙、以及高频腔上D板和高频腔下D板之间的缝隙为缝隙结构；

2)对每一类结构中的所有计算点赋予电势初值，高压结构赋值1，0电位结构赋值0，缝隙结构第一次赋予初值0，随着每次一次迭代计算修改该初始值。

进一步地，所述过程2)具体为以下步骤：

a.如果节点落在高压结构的多边形内，根据中心区要求赋予多边形内点的等电势1；

b.如果节点落在0电位结构的多边形内，根据中心区要求赋予多边形内点的等电势0；

c.若在距离高压结构的多边形、或者0电位结构的多边形边界一定距离d以内，同样赋予相应的1或0，以增加计算结果准确性；

d.若落在缝隙结构上，则赋初值0；

e.逐层进行上述赋初值操作，形成完整的三维电场赋初值操作，并获得三维电场所有的高电势和0电势位置数据；

补充说明1：

①所述设定的毫米，可以是1毫米也可以是0.5毫米。三个方向的长度一致；②由于对轮廓线中的弧线做了处理，变成线段组成的多边形或者折线，多边形或者折线是由线段组成的，线段是有坐标的，所以每个轮廓线是有坐标的。③由于每个轮廓线是有坐标的，轮廓线以外的网格点根据推算结果也是有坐标的，又知道高频腔上D板的厚度、高频腔下D板的厚度、以及中心平面(中间层)的高度，所以，很容易判断出当前网格点落在上层、还是中层、还是下层。

进一步地，所述步骤八的迭代计算具体步骤如下：

1)将中心区的电场计算简化为静电场问题；

2)根据静电场中电势分布的物理关系，由于中心区网格划分时选择了相同尺寸的网格点，各个点的电势关系就会有一个非常规则的形式，即公式(1)。

在计算区域网格尺寸相同时，静电场的三维差分公式：

6U_i,j,k＝U_i+1,j,k+U_i-1,j,k+U_i,j+1,k+U_i,j-1,k+U_i,j,k+1+U_i,j,k-1 (1)

其中i,j,k代表x,y,z三个方向的位置，U为各点的电势，公式表明计算区域内部一点的电势U_i,j,k为其上下前后左右6点的平均值。

补充说明2：

迭代计算的目的是通过反复计算同一个位置的网格点的电势值得到一个准确的电势值，但是公式(1)应用的前提是基于前后左右上下六个维度的网格点的大小一致才能使用公式(1)，如果前后左右上下六个维度的网格点的大小不一致，则进行迭代计算的公式就会更加复杂，迭代运算快是本发明运算速度快的第二个原因。

3)为了加速迭代过程，在公式(1)的基础上，进一步引入了求解这类电场微分问题的常用方法超松弛迭代方法，相邻两次的超松弛迭代公式：

其中i,j,k代表x,y,z三个方向的位置，w取值(0,2)为松弛因子，计算时可以通过尝试选取一个速度最快的松弛因子；U和V分别为相邻两次的电势值和迭代后的电势值。

4)判断当前网格点是否落入在0电位结构或者高压电位结构，如果是，则判断当前网格点的值V_i,j,k是否改变了初始值，如果改变了初始值，则恢复初始值；当前网格点不是落入在0电位结构或者高压电位结构，则用当前网格点的值V_i,j,k替换上一次该网格点的赋值。

补充说明3：

①公式(1)和公式(2)是对选定的区域所有网格点进行迭代计算，当高频上D板、高频下D板体积范围内的网格点迭代计算的结果和初值不同时，需要恢复初始值。这是和缝隙结构内的网格点的区别。

②因为本方法最终要根据初始版本CAD文件调节高频腔的张角、缝隙的位置、缝隙的宽度、使得初始版本CAD文件的电场结构成为当前加速器需要的电场结构，所以，迭代过程中需要根据粒子跟踪软件修改的初始版本CAD文件重新界定高压结构轮廓、0电位结构轮廓、缝隙结构轮廓，这样，原先的缝隙结构的网格点的位置就会变化。当位置变化时，上一次赋予的初值也会变化。如果上一次该网格点划分在缝隙结构，但是高频腔张角变化了，就有可能划分在高频D板结构，因此，缝隙结构内的网格点是动态变化的。

③所述初始版本CAD文件的电场结构，第一次是指和当前加速器能量相近的电场结构CAD文件，第一次以后的初始版本是指上一次的电场结构CAD文件，该电场结构CAD文件是粒子跟踪软件根据当前加速器的需要修订的电场结构CAD文件，也称作初始版本CAD文件。

进一步地，所述步骤九的边界处理，既是对当前网格点剩余维度的网格点进行迭代计算，迭代计算采用的公式(1)和公式(2)。

补充说明4：

举例：假设当前网格点在左边界上，左边没有网格点了，而上、下、前、后、右五个维度还有网格点，则公式(1)迭代计算就是这5个维度网格点的平均值。

进一步地，所述步骤十的收敛条件，具体过程如下：

在计算过程中始终监测相邻两次计算结果之间的最大误差，当相邻两次计算误差满足设计的精度要求，则达到收敛条件，计算结束；

需要强调的是，上述具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对上述实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种用于回旋加速器中心区电场的计算方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、选定中心区电场计算区域，该区域由多个局部区域组成；

步骤二、获得该区域中心区电场结构的初始版本；

步骤三、读取初始版本CAD文件并获取中心区电场结构的轮廓数据；

步骤四、对初始轮廓数据进行多边形处理，得到用线段和坐标表示的多边形初始轮廓数据；

步骤五、对各个局部区域进行等间距网格点的网格离散化；该等间距网格点为电场计算点；

步骤六、针对当前网格点与多边形初始轮廓数据的相对位置对多个局部区域的所有网格点设置电势初值；

步骤七、对多个局部区域的所有网格点判断是否是区域内的网格点，如果是区域内的网格点，转入步骤八，如果是非区域内的网格点，转入步骤九；

所述区域内的网格点既是当前网格点的前、后、左、右、上、下六个维度均存在网格点；所述非区域内的网格点，即是当前网格点的六个维度中至少1个维度的网格点不存在；

步骤八、对区域内的所有网格点进行迭代计算；

步骤九、对非区域内的网格点进行边界处理；

步骤十、对完成迭代计算和边界处理的所有网格点判断是否满足收敛条件，如果不满足，返回步骤八；如果满足，继续步骤十一；

步骤十一、将计算出的将当前中心区结构的电场计算数据进行处理，根据加速器高频电压将结果数据调整为对应电压下的电场数据；

步骤十二、将对应电压下的电场数据发送给粒子跟踪软件，粒子跟踪软件判断当前中心区结构的电场是否满足中心区电场设计要求，如果不满足，粒子跟踪软件根据设计要求对初始版本CAD文件进行修改，并返回步骤二，如果满足，则计算结束。

2.根据权利要求1所述一种用于回旋加速器中心区电场的计算方法，其特征在于：所述步骤一的中心区电场计算区域包括以高频腔头部区域为边界的上、中、下三层方形区域；该上层方形区域内包含180度对称布设的高频腔上D板、高频腔上D板两侧的上层虚拟0电位板、以及高频腔上D板和虚拟0电位板之间的加速缝隙；该下层方形区域内包含180度对称布设的高频腔下D板、高频腔下D板两侧的下层虚拟0电位板、以及高频腔下D板和下层虚拟0电位板之间的加速缝隙；该中间层的方形区域包括所述上D板和下D板之间的束流通道。

3.根据权利要求1所述一种用于回旋加速器中心区电场的计算方法，其特征在于：所述步骤二的获得该区域中心区电场计算的初始版本，该初始版本第一次是根据和当前回旋加速器电场能量相接近的上一个回旋加速器的主磁铁设计获得加速平衡轨道参数，以此确定中心区结构的初始版本尺寸，并输出各层CAD图形为可读取的dxf文件格式；第一次以后的初始版本是粒子跟踪软件根据处理结果修改的初始版本；所述各层，是指为以高频腔头部区域为边界的上、中、下三层。

4.根据权利要求1所述一种用于回旋加速器中心区电场的计算方法，其特征在于：所述步骤四的对初始轮廓数据进行多边形处理，得到用线段和坐标表示的多边形初始轮廓数据，具体为：

1)读取dxf格式的图形文件，从中获取中心区各结构的轮廓数据；

2)轮廓数据分为线段和圆弧线，将其中的圆弧线用多个线段组合代替；

3)将所有轮廓数据转化为线段；

4)处理线段数据，通过端点坐标相连将中心区各结构连接成多个多边形初始轮廓数据。

5.根据权利要求1所述一种用于回旋加速器中心区电场的计算方法，其特征在于：所述步骤五的对各个局部区域进行等间距网格点的网格离散化，具体为：

1)在计算区域的X、Y、Z方向每隔设定的毫米取一个点；该设定的点为满足多个局部区域最小网格尺寸的点；

2)把上、中、下三层方形区域内的所有点都取出来。

6.根据权利要求1所述一种用于回旋加速器中心区电场的计算方法，其特征在于：所述步骤六的针对当前网格与多边形初始轮廓数据的相对位置对所有网格点设置电势初值，具体过程如下：

1)对每一层方形区域进一步划分高压结构、0电位结构、缝隙结构；高频腔上D板、高频腔下D板为高压结构；上层0电位板和下层0电位板为0电位结构；高频腔上D板和上层0电位板之间的缝隙、高频腔下D板和下层0电位板之间的缝隙、以及高频腔上D板和高频腔下D板之间的缝隙为缝隙结构；

2)对每一类结构中的所有计算点赋予电势初值，高压结构赋值1，0电位结构赋值0，缝隙结构第一次赋予初值0，随着每次一次迭代计算修改该初始值。

7.根据权利要求6所述一种用于回旋加速器中心区电场的计算方法，其特征在于：所述过程2)具体为以下步骤：

a.如果节点落在高压结构的多边形内，根据中心区要求赋予多边形内点的等电势1；

b.如果节点落在0电位结构的多边形内，根据中心区要求赋予多边形内点的等电势0；

c.若在距离高压结构的多边形、或者0电位结构的多边形边界一定距离d以内，同样赋予相应的1或0，以增加计算结果准确性；

d.若落在缝隙结构上，则赋初值0；

e.逐层进行上述赋初值操作，形成完整的三维电场赋初值操作，并获得三维电场所有的高电势和0电势位置数据。

8.根据权利要求1所述一种用于回旋加速器中心区电场的计算方法，其特征在于：所述步骤八的迭代计算具体步骤如下：

1)将中心区的电场计算简化为静电场问题；

2)根据静电场中电势分布的物理关系，由于中心区网格划分时选择了相同尺寸的网格点，各个点的电势关系就会有一个非常规则的形式，即公式(1)。

在计算区域网格尺寸相同时，静电场的三维差分公式：

6U_i，j，k＝U_i+1，j，k+U_i-1，j，k+U_i，j+1，k+U_i，j-1，k+U_i，j，k+1+U_i，j，k-1 (1)

其中i,j,k代表x,y,z三个方向的位置，U为各点的电势，公式表明计算区域内部一点的电势为其上下前后左右6点的平均值。

3)为了加速迭代过程，在公式(1)的基础上，进一步引入了求解这类电场微分问题的常用方法超松弛迭代方法，相邻两次的超松弛迭代公式：

其中i,j,k代表x,y,z三个方向的位置，w取值(0,2)为松弛因子，计算时可以通过尝试选取一个速度最快的松弛因子；U和V分别为相邻两次的电势值和迭代后的电势值。

4)判断当前网格点是否落入在0电位结构或者高压电位结构，如果是，则判断当前网格点的值Vi,j,k是否改变了初始值，如果改变了初始值，则恢复初始值；当前网格点不是落入在0电位结构或者高压电位结构，则用当前网格点的值Vi,j,k替换上一次该网格点的赋值。

9.根据权利要求1所述一种用于回旋加速器中心区电场的计算方法，其特征在于：所述步骤九的边界处理，既是对当前网格点剩余维度的网格点进行迭代计算，迭代计算采用的公式(1)和公式(2)。

10.根据权利要求1所述一种用于回旋加速器中心区电场的计算方法，其特征在于：所述步骤十的收敛条件，具体过程如下：

在计算过程中始终监测相邻两次计算结果之间的最大误差，当相邻两次计算误差满足设计的精度要求，则达到收敛条件，计算结束。