Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Sieci neuronowe i metody uczenia maszynowego w modelowaniu i sterowaniu akceleratorów cząstek : przykład wdrożenia kontrolera NN w systemie chłodzenia fotoinżektora w instalacji fast wieloparametrowa ocena wydajności

Bułka Sylwester

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2023

|

Vol. 64, Nr 4

28--34

PL

Głównym celem opisanych prac badawczych i wdrożeniowych, było opracowanie kontrolera opartego na sieciach neuronowych, dostosowującego ustawienia częstotliwości fali zasilającej wnękę działa elektronowego i mocy ogrzewacza HP tak, aby uzyskiwać żądaną częstotliwość rezonansową. Dodatkowo, jego zadaniem powinno być kontrolowanie szybkości, z jaką moc RF jest doprowadzana do wartości operacyjnej podczas włączania. Dla każdej kandydującej architektury modelu i zestawu danych wejściowych przeszkolono kilka indywidualnych sieci, a następnie przetestowano na zestawach wyselekcjonowanych danych. Ze względu na długie stałe czasowe przepływu wody powrotnej z działa i obecność dwóch zmiennych kontrolowanych, został wybrany schemat modelu sterowania predykcyjnego (Model Predictive Control - MPC), w którym model systemu i algorytmy optymalizacji są używane w celu określenia optymalnej sekwencji przyszłych działań kontrolera takich, że docelowy stan wyjścia zostanie osiągnięty w jakimś przyszłym horyzoncie czasowym, Taki schemat jest przydatny do kompensacji opóźnionego zachowania systemu. Ponadto, jeśli seria przyszłych nastaw jest znana z góry, sterownik może działać wyprzedzająco. Zaprezentowane zostały wyniki zarejestrowane w procesie regulacji. Rozważono możliwości modyfikacji i rozszerzeń sterownika tak, aby żądana operacyjna moc RF osiągana była bez znaczącego wzrostu mocy fali odbitej.

EN

The main goal of described research and implementation work was to develop a controller based on neural networks, adjusting frequency of RF power to the cavity of electron gun and the power of the heater to obtain the desired resonant frequency. In addition, its function should be to control the rate at which RF power is brought to operational value during power-up. For each candidate model architecture and input data set, several individual networks were trained and then tested on selected data sets. Due to the long-time constants of the return water flow from the gun and the presence of two controlled variables, a Model Predictive Control (MPC) scheme was chosen, where the system model and optimization algorithms are used to determine the optimal sequence of future controller actions such as the target output state will be reached in determined time horizon. Such a scheme is useful for compensation of delayed systems performance. In addition, if a series of future settings are known in advance, the controller can act with prediction. The results recorded during regulation process were presented. Possibilities of modifications and extensions of the controller were considered so that the required operational RF power was achieved without a significant increase in the reflected wave power.

2

Sieci neuronowe i metody uczenia maszynowego w modelowaniu i sterowaniu akceleratorów cząstek : wprowadzenie, ogólna charakterystyka systemów i polityki sterowania

Bułka Sylwester

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2023

|

Vol. 64, Nr 2

23--28

PL

W akceleratorach cząstek ma miejsce niezliczona ilość skomplikowanych i nieliniowych zjawisk fizycznych. Dodając do tego nieodłączne złożoności interakcji, które często obejmują wiele oddziałujących na siebie systemów, wykazują długoterminowe cykle procesowe i zmiany parametrów poszczególnych elementów maszyny w czasie. Ponadto, poza dużymi ośrodkami akceleratorowymi, zaangażowanie w nich na co dzień wysoko wykwalifikowanych operatorów i techników jest często ekonomicznie nieuzasadnione. Jednym ze sposobów sprostania tym wyzwaniom jest zastosowanie intensywnie udoskonalanych technik z dziedziny uczenia maszynowego (ML) i sztucznej inteligencji (AI) w projektowaniu systemów sterowania akceleratorami cząstek. W szczególności, dobrze sprawdzają się techniki oparte na sieciach neuronowych (NN) do modelowania, sterowania i analizy diagnostycznej złożonych systemów o zmiennych w czasie parametrach i systemów operujących na wielkiej ilości danych i metadanych. Techniki te mogą być stosowane w połączeniu z rzeczywistym obiegiem danych maszynowych, uwzględniając dodatkowo zakłócenia, zmienne opóźnienia, subtelne korelacje statystyczne i złożone efekty, które mogą nie być łatwo przewidziane z wyprzedzeniem. NN mogą być również przydatne w przypadkach gdzie dokładne dane z symulacji lub innych obliczeń wprawdzie są osiągalne, ale niektóre korelacje muszą być obliczane błyskawicznie w celu efektywnego wdrożenia nastaw w czasie rzeczywistym.

EN

Particle accelerators are host to many nonlinear and complex physical phenomena. They often involve a multitude of interacting systems, are subject to tight performance demands, and should be able to run for extended periods of time with minimal interruptions. Often times, traditional control techniques cannot fully meet these requirements. One promising avenue is to introduce machine learning and sophisticated control techniques inspired by artificial intelligence, particularly in light of recent theoretical and practical advances in these fields. Within machine learning and artificial intelligence, neural networks are particularly well-suited to modeling, control, and diagnostic analysis of complex, nonlinear, and time-varying systems, as well as systems with large parameter spaces. Consequently, the use of neural network-based modeling and control techniques could be of significant benefit to particle accelerators. One path toward meeting these challenges is the incorporation of recently improved techniques from the fields of machine learning (ML) and artificial intelligence (AI) into the design of control systems for particle accelerators. In particular, techniques based on neural networks (NNs) are well-suited to modeling, control, and diagnostic analysis of complex, time varying systems, and systems with large parameter spaces. These techniques can be used in conjunction with actual machine data, thereby accounting for noise, variable delays, subtle statistical correlations, and complex effects that may not be easily addressed a priori. NNs can also be useful in cases where accurate data from simulations or some other computationally intensive procedure is available, but the input-output relationship needs to be computed more rapidly for effective real-time deployment.

3

Sieci neuronowe i metody uczenia maszynowego w modelowaniu i sterowaniu akceleratorów cząstek : rozwój sieci neuronowych i przykład wdrożenia w systemie chłodzenia fotoinżektora w instalacji FAST

Bułka Sylwester

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2023

|

Vol. 64, Nr 3

33--39

PL

Akceleratory cząstek mogą być idealnym poligonem doświadczalnym dla technik opartych na sieciach neuronowych. Wiele wczesnych prób zastosowania sieci neuronowych w akceleratorach cząstek przyniosło mierne wyniki ze względu na względną niedojrzałość technologii do takich zadań. Opisano najnowsze postępy w technikach sieci neuronowych, omówiono niektóre obiecujące możliwości włączenia sieci neuronowych do systemów sterowania akceleratorami cząstek, opisano system sterowania rezonansem inżektora działa elektronowego w kompleksie Fermilab Accelerator Science and Technology (FAST) oraz scharakteryzowane szczegółowo niektóre zagadnienia techniczne istniejącego systemu w celu stworzenia projektu nowego systemu sterowania opartego na sieciach neuronowych.

EN

Particle accelerators can be an ideal test-beds for NN-based techniques. Many early attempts to apply neural networks to particle accelerators yielded mixed results due to the relative immaturity of the technology for such tasks. The recent advances in neural network techniques were described, some promising avenues for incorporating neural networks into particle accelerator control systems was discussed, a control system for resonance control of an RF electron gun at the Fermilab Accelerator Science and Technology (FAST) facility has been described and some detailed technical issues of an existing system characterized for new neural network-based control system design.

4

Przemysłowe akceleratory elektronów i ich zastosowania w technologiach radiacyjnych : radiacyjnie indukowane procesy chemiczne, sieciowanie polimerów

Bułka Sylwester

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2023

|

Vol. 64, Nr 6

26--31

PL

Niniejszy opis dotyczy podstaw oraz prezentacji technologii, które mogą być wdrożone przy użyciu promieniowania jonizującego, zastosowań w energetyce, przetwórstwie polimerów i kompozytów, radiacyjnym sieciowaniu kabli, przewodów, powłok i pokryć powierzchniowych, produkcję komponentów dla energetyki i przemysłu takich jak: rury, taśmy termokurczliwe, wytwarzanie komponentów dla innych sektorów gospodarki (opony, części do samochodów elektrycznych, statków, części do samolotów i pojazdów szynowych.

EN

This overview concerns the basics and presentation of technologies that can be implemented using ionizing radiation, applications in the power industry, processing of polymers and composites, radiation cross-linking of cables, wires, surface coatings and coatings, production of components for the power industry and industry, such as: pipes, heat shrinkable tapes, production of components for other sectors of the economy (tyres, parts for electric cars, ships, parts for airplanes and rail vehicles.

5

Przemysłowe akceleratory elektronów i ich zastosowania w technologiach radiacyjnych: zastosowanie technologii radiacyjnych do modyfikacji przyrządów półprzewodnikowych: informacje podstawowe

Bułka Sylwester

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2023

|

Vol. 64, Nr 7

29--33

PL

Zasadniczą konsekwencją napromieniowania przyrządów elektronicznych są radiacyjnie indukowane zmiany własności materiałów, które mogą zakłócić funkcjonowanie przyrządów elektronicznych z nich wykonanych. Efekty te są powiązane zarówno z właściwościami napromieniowanego materiału, jak i rodzajem promieniowania. Można również wykorzystywać efekty wywołane promieniowaniem w przyrządach elektronicznych w produkcji, do zamierzonych modyfikacji materiałów półprzewodnikowych i właściwości produktu końcowego. Przyspieszone elektrony, wiązki jonów, promienie rentgenowskie, kosmiczne i gamma przenoszą swoją energię, wyrzucając elektrony z powłok atomów, które następnie mogą jonizować inne atomy w materiale pochłaniającym. Niektóre parametry elementów elektronicznych, takie jak: duża szybkość przełączania lub ujednolicony współczynnik wzmocnienia można osiągnąć poprzez selektywne zastosowanie obróbki radiacyjnej. Proces napromieniowania tworzy pierwotne i wtórne defekty w krysztale i generuje efektywne centra rekombinacji dla nośników mniejszościowych, toteż promieniowanie o wysokiej energii może być dobrze wykorzystane przy wytwarzaniu diod dużej mocy i tyrystorów o zadanych właściwościach czasu regeneracji.

EN

The principal consequence of irradiation on electronic devices is radiation-induced effects of materials, which can disturb the functioning of the electronic devices made from these materials. These effects are related both to the properties of the irradiated material and to the type of irradiation. Radiation-induced effects can also be used in the manufacture of electronic devices for intended modification of semiconductor material and the properties of the final product. Accelerated electrons, ion beams, X-rays, cosmic rays and gamma rays transfer their energy by ejecting atomic electrons, which can then ionize other atoms in absorbing material. Some parameters for electronic devices, such as high switching speed or unified gain coefficient can be achieved by selective use of radiation processing. The irradiation process forms the primary and secondary defects in the crystalline structure, and creates the effective recombination centers for minority carriers, hence high-energy radiation can be well used in the production of high-power diodes and thyristors with given properties of switching time.

6

Przemysłowe akceleratory elektronów i ich zastosowania w technologiach radiacyjnych zastosowanie technologii radiacyjnych do modyfikacji przyrządów półprzewodnikowych : wdrożenia przemysłowe

Bułka Sylwester

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2023

|

Vol. 64, Nr 9

21--24

PL

Modyfikacja przyrządów półprzewodnikowych wiązką przyśpieszo nych elektronów polega na skróceniu czasu życia nośników mniejszo ściowych. Aby uzyskać odpowiednie warunki dla tego procesu, wyso koenergetyczne elektrony wytwarzają szereg defektów w kryształach krzemu. Istotną kwestią doboru parametrów procesu napromieniowa nia jest uzyskanie kompromisu pomiędzy zmniejszającym się czasu życia nośników, co prowadzi do polepszania zdolności przełączania, a jednoczesnym wzrostem napięcia przewodzenia, co ogranicza po ziom dopuszczalnego prądu obciążenia. Technika obróbki radiacyjnej w porównaniu do dyfuzyjnego wprowadzania domieszek metalicznych w półprzewodnikach oferuje: precyzję, niezawodność i powtarzalność wymaganych parametrów. Precyzyjna kontrola koncentracji genero wanych defektów zapewnia bardziej jednorodną charakterystykę elektryczną. Zastosowanie przyrządów półprzewodnikowych, takich jak diody Si i tranzystory MOSFET jest uznawane za jedną z innowa cyjnych metod, które można zastosować do pomiarów dozymetrycz nych wykonywanych w obszarze medycznym, a także w typowych systemach przemysłowych, gdzie dawka pochłonięta może waha się od 10 Gy do 50 kGy.

EN

Electron beam modification of semiconductor devices is based on the decrease of the lifetime of minority carriers after radiation treatment. To obtain suitable conditions for this process a number of defects are created in silicon crystals by high energy electrons. Certain irradiation conditions should be followed to obtain a com promise between decreasing carriers’ lifetime, which leads to the faster switching properties, but at the same time reduces load current level due to increase of the conduction voltage drop. The radiation processing technique, as compared to the introduction of metal impurities in semiconductors, offers: precision, reliabi lity and reproducibility of required properties. Precise control of the concentration of defects that are generated provides more uniform electrical characteristics. The irradiation process is very flexible and can be used for the processing of raw semiconductor components and for final products as well as for the improvement of the device properties. The use of semiconductor devices, like Si diodes and MOSFET transistors, are recognized as one of innova tive methods which can be used for dosimetry measurements as performed in the medical area, and also in typical industrial irra diators where the absorbed dose can range from 10 Gy to 50 kGy.

7

Przemysłowe akceleratory elektronów i ich zastosowania w technologiach radiacyjnych : aspekty niezawodnościowe i ekonomiczne

Bułka Sylwester, Zimek Zbigniew

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2023

|

Vol. 64, Nr 1

25--28

PL

Niezawodność czyli prawdopodobieństwo, że akcelerator może pełnić swoje funkcje w określonym czasie w wyznaczonych warunkach, oraz dostępność czyli czas, w którym akcelerator wypełnia swoje zadania to parametry, które w zastosowaniach przemysłowych nabierają podstawowego znaczenia. Wyroby modyfikowane radiacyjnie muszą spełniać wszystkie kryteria przydatności zgodnie z oczekiwaniami rynku, a jednocześnie technologie radiacyjne muszą wykazać się lepszymi wskaźnikami techniczno-ekonomicznymi w porównaniu do konwencjonalnych technologii aktualnie istniejących. Stąd konieczność optymalizacji decyzji inwestycyjnych głównie z uwagi na wysokość kosztów związanych z zakupem akceleratora i jego eksploatacją. Konieczne jest prowadzenie nieustannych wysiłków dla zwiększenia zrozumienia przydatności technologii radiacyjnych, co może być ważnym czynnikiem wzrostu tego przemysłu. W obecnych warunkach współpraca z przemysłem staje się niezbędnym warunkiem inicjowania i rozwijania badań aplikacyjnych niezbędnych przy opracowaniu nowych technologii radiacyjnych.

EN

Reliability that is the probability, that the accelerator can function in the definite time in appointed conditions. Accessibility is the time, in which the accelerator functions properly. Both parameters arę becoming important for industrial facilities exploitation. Products modified by radiation have to fulfill all criteria of usefulness according to market expectations. Radiation technologies have to simultaneously be characterized by better technical and economic ratings in comparison with conventional technologies. Hence the necessity of the optimization of investment decisions related to costs connected with the accelerator purchase and exploitation. The efforts arę necessary for enlargement of the understanding of the radiation processing usefulness what can be the important factor of this industry growth in future. The co-operation with the industry becomes the indispensable condition of initiating and unrolling applied study related to new radiation technologies development.

8

Przemysłowe akceleratory elektronów i ich zastosowania w technologiach radiacyjnych

Bułka Sylwester, Zimek Zbigniew

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2022

|

Vol. 63, Nr 12

22--27

PL

Rozwój technologiczny akceleratorów stosowanych w technice radiacyjnej jest dobrze widoczny w dłuższej skali czasowej. Obecnie szczególnie intensywnie kontynuowane są prace mające na celu podniesienie sprawności elektrycznej akceleratorów, obniżenie ich ceny oraz podniesienie niezawodności. W niedalekiej przyszłości możliwy będzie transfer technologii z obszaru akceleratorów badawczych stosowanych w fizyce wysokich energii, co pozwali na konstrukcję innowacyjnych urządzeń poszerzających znacząco zakres możliwości technicznych i cenowych. Blisko 3000 akceleratorów elektronów znalazło do chwili obecnej zastosowanie w technice radiacyjnej, która wykorzystuje wiązkę elektronów jako narzędzie do inicjowania pożądanych reakcji chemicznych, modyfikacji materiałów, a także wykorzystuje biobójcze działanie promieniowania jonizującego. Ogromne możliwości upowszechnienia technologii radiacyjnych są związane z wykorzystaniem radiacyjnej obróbki produktów żywnościowych oraz zastosowaniem na szeroką skalę wiązki elektronów w instalacjach związanych z ochrona środowiska. Najliczniejszą grupą akceleratorów elektronów stosowanych w technice radiacyjnej są niskoenergetyczne akceleratory o działaniu bezpośrednim. Szczególną klasą urządzeń są akceleratory rezonansowe, umożliwiające uzyskanie wysokich energii oraz mocy wiązki elektronów. Znacznym osiągnięciem aplikacyjnym była konstrukcja i instalacja rezonansowego akceleratora typu Rhodotron z mocą wiązki 560 kW i energią elektronów 7 MeV wyposażonego w konwertor wiązki elektronów na promieniowanie hamowania. Urządzenie tego typu stanowi ekwiwalent źródła gamma o aktywności 4,4 MCi gamma Co60.

EN

The development of the accelerator technology applied in the radiation processing is well visible in the longer time scale. The current issues are improvement of the electric efficiency of accelerators, the lowering of their price and elevation of accelerator reliability. The transfer of accelerator technology from the field of high energy physics is quite possible in the near future. It will allow to construct innovative devices and offer significantly better technical capabilities and unit price. Nearly 3000 accelerators of electrons have been applied in radiation processing up to now. The electron beam is used as the tool to initiating desirable Chemical reactions, materials modification, and de- contamination of the medical products. Huge capabilities to increase implementation of radiation processing may create electron beam utilization for food products decontamination and use on the wide scale the electron beams in processes connected with the protection of the environment. Low energy direct accelerators are the most numerous group of the electron accelerators applied in the radiation technique. Resonance accelerators are the special class of devices capable to reach high energy and beam power. The considerable achievement is construction and installation of the accelerator Rhodotron type with the beam power of 560 kW and the energy of electrons/ MeV. The described accelerator was equipped with the X-ray converter. This device comprises a direct equivalent of the gamma source with the activity 4.4 MCi of Co60.

9

Plasma technology to remove NOx from off-gases

Pawelec Andrzej, Chmielewski Andrzej G., Sun Yongxia, Bułka Sylwester, Torims Toms, Pikurs Guntis, Mattausch Gösta

Nukleonika

|

2021

|

Vol. 66, No. 4

227--231

EN

Operation of marine diesel engines causes signifi cant emission of sulphur and nitrogen oxides. It was noticed worldwide and the regulations concerning harmful emissions were introduced. There were several solutions elaborated; however, emission control for both SOx and NOx requires two distinctive processes realized in separated devices, which is problematic due to limited space on ship board and high overall costs. Therefore, the electron beam flue gas treatment (EBFGT) process was adopted to ensure the abatement of the problem of marine diesel off-gases. This novel solution combines two main processes: fi rst the fl ue gas is irradiated with electron beam where NO and SO2 are oxidized; the second stage is wet scrubbing to remove both pollutants with high efficiency. Laboratory tests showed that this process could be effectively applied to remove SO2 and NOx from diesel engine off-gases. Different compositions of absorbing solution with three different oxidants (NaClO, NaClO2 and NaClO3) were tested. The highest NOx removal efficiency (>96%) was obtained when seawater-NaClO2-NaOH was used as scrubber solution at 10.9 kGy dose. The process was further tested in real maritime conditions at Riga shipyard, Latvia. More than 45% NOx was removed at a 5.5 kGy dose, corresponding to 4800 Nm3 /h off-gases arising from ship emission. The operation of the plant was the first case of examination of the hybrid electron beam technology in real conditions. Taking into account the experiment conditions, good agreement was obtained with laboratory tests. The results obtained in Riga shipyard provided valuable information for the application of this technology for control of large cargo ship emission.