PEMBUATAN PROGRAM KONVERSI DATA MEDAN MAGNET
HASIL SIMULASI TOSCA KE PROGRAM BCALC
MENGGUNAKAN COMI DAN SCILAB
Emy Mulyani, Rian Suryo Darmawan, Agus Dwiatmaja
Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan-BATAN, Babarsari Yogyakarta 55281 Email:emymulya@batan.go.id; riansd@batan.go.id; atmaja@batan.go.id
ABSTRAK
PEMBUATAN PROGRAM KONVERSI DATA MEDAN MAGNET HASIL SIMULASI TOSCA KE PROGRAM Bcalc MENGGUNAKAN COMI DAN SCILAB. Telah dilakukan pembuatan program untuk konversi data medan magnet hasil simulasi TOSCA ke program BCalc menggunakan Comi dan Scilab. Program BCalc ini akan mengolah data dari TOSCA sehingga dapat divisualisasikan dalam grafik yang menunjukkan parameter isokronus dari disain magnet. Data hasil simulasi TOSCA merupakan data medan magnet pada tiap koordinat Bx, By, Bz dalam format text atau biner. Format data TOCSA berbeda dengan format data BCalc, sehingga harus dilakukan konversi terlebih dahulu. Konversi format data dapat dilakukan dengan membuat listing program pada Comi TOSCA atau Scilab. Konversi program menggunakan Scilab lebih efektif dibandingkan Comi TOSCA dari sisi ukuran data dan waktu proses. Data dengan ukuran 300KB dapat di konversi oleh Scilab selama 2 detik menjadi data berukuran 47KB, sedangkan jika di konversi menggunakan comi TOSCA membutuhkan waktu 3 menit 15 detik menjadi data yang berukuran 71KB. Kata Kunci : Medan magnet, konversi, program TOSCA, Comi, Scilab
ABSTRACT
CONCTRUCTION OF CONVERSION PROGRAM FOR MAGNETIC FIELD DATA AS RESULT OF TOSCA SIMULATION TO BCALC SOFTWARE USING COMI AND SCILAB. The conversion program for magnetic field data as result of TOSCA simulation to Bcalc software using Comi and Scilab has been constructed. This program will process the data from TOSCA and it can be visualize in graphic mode which indicate the parameters design of isochronus magnetic. TOSCA simulation result data on each of the coordinates of the magnetic field Bx, By, Bz in text or binary format. TOCSA Format data is different with BCalc data format, so it must be converted first. Data format conversion can be done by making the listing program at Comi TOSCA or Scilab. Conversion using Scilab more effective than Comi TOSCA in terms of data size and processing time. 300KB data can be converted by the Scilab for 2 seconds into 47KB, where as if the conversion using TOSCA comi takes 3 minutes 15 seconds into 71KB.
Keywords : Magnetic field, conversion, TOSCA program, Comi, Scilab
PENDAHULUAN
isain struktur magnet merupakan bagian yang sangat penting dalam disain siklotron dan bertujuan untuk menghasilkan distribusi medan magnet sesuai dengan kebutuhan sistem siklotron. Ada dua metode yang biasa digunakan untuk
mendisain struktur magnet, kedua metode ini bisa digunakan secara bersamaan untuk saling melengkapi. Metode pertama yaitu simulasi distribusi medan magnet menggunakan komputer code seperti : POISSON, OPERA dan KOMPOT[1]. Pada metode pertama ini B-H curve bahan magnet bisa didapatkan dari hasil
eksperimen atau pun dari data yang telah tersedia. Metode kedua yaitu pengukuran distribusi medan magnet pada prototipe kemudian dilakukan evaluasi dan koreksi data pengukuran dengan melakukan hard shimming pada sektor magnet.
Simulasi medan magnet dengan menggunakan TOSCA akan menghasilkan data dengan ukuran yang cukup besar dan harus dilakukan analisa lebih lanjut untuk mendapatkan variabel yang terkait dengan isokronus disain magnet yang meliputi: medan magnet rata-rata Brata-rata, flutter (F), parameter k, betatron frekuensi, phase dan amplitudo harmonik, bentuk medan serta mapping distribusi 3D[2]. Salah satu komputer code yang bisa digunakan untuk mengolah data dari TOSCA adalah program BCalc, program ini akan mengolah data dari TOSCA sehingga dapat divisualisasikan dalam grafik yang menunjukkan parameter isokronus dari disain magnet.
Data hasil simulasi TOSCA merupakan data medan magnet pada tiap koordinat Bx, By, Bz dalam format text atau biner. Format data TOCSA berbeda dengan format data BCalc, sehingga harus dilakukan konversi dahulu. Konversi format data dapat dilakukan dengan membuat program pada Comi TOSCA atau Scilab. Pada penelitian ini akan dilakukan pembuatan program dengan Comi dan Scilab untuk mengkonversi format data TOSCA menjadi format data yang bisa di baca oleh BCalc.
TEORI
Magnet merupakan salah satu komponen utama pada siklotron yang berfungsi untuk membelokkan partikel sehingga lintasannya melingkar. Penentuan medan magnet yang diperlukan harus memenuhi kondisi isokronous yang memenuhi persamaan:[3]
(1)
dimana ω adalah frekuensi angular ion, B adalah medan magnet pada pusat magnet, γ adalah faktor relativistik, m adalah massa partikel/ion yang dipercepat, r adalah jari-jari lintasan ion/partikel dan q adalah muatan ion yang dipercepat.
Simulasi distribusi medan magnet dapat dilakukan dengan menggunakan modul TOSCA, data distribusi yang didapatkan dari TOSCA dapat diolah menggunakan BCalc sehingga didapatkan parameter-parameter kondisi isokronus yang meliputi : medan magnet rata-rata Brata-rata, flutter (F), parameter k, betatron frekuensi, phase dan amplitudo harmonik, bentuk medan serta mapping distribusi 3D[2].
Pada kondisi isokronus, medan magnet merupakan fungsi koordinat azimuthal θ, yang dinyatakan dalam persamaan :[1]
(2) dimana Λ adalah setengah periode. Nilai rata-rata isokronus medan magnet sebanding dengan
dinyatakan dengan persamaan :
(3) Nilai flutter (F) pada jari-jari konstan, ditentukan oleh BCalc menggunakan persamaan :
(4) Frekuensi osilasi betatron pada arah radial vr dan arah vertikal vz serta parameter k dinyatakan
dengan persamaan :
(5)
(6)
(7)
dengan N adalah jumlah sektor dan ψ adalah sudut sektor. Medan magnet dapat dinyatakan dalam deret fourier dengan persamaan :
(8)
(9)
FORMAT DATA BCalc
Data medan magnet yang bisa dijadikan data input bagi BCalc merupakan data dengan format extensi.map. Data Map menunjukkan distribusi medan magnet dalam koordinat polar B(T), radius (m) dan sudut. File terdiri dari “head” dan “main” data block yang masing-masing block terdiri dari beberapa baris comment. Data “head” block terdiri dari 7 baris, baris 1 menunjukkan tanggal perhitungan atau pengukuran, baris 2 menunjukkan comment pertama berupa history perhitungan atau pengukuran, baris 3 menunjukkan comment kedua berupa history proses, baris 4 menunjukkan parameter skala geometri (bernilai 1 untuk geometri magnet), baris 5 menunjukkan parameter azimuthal, baris 6 menunjukkan parameter radial dan baris 7 merupakan baris bebas.
Contoh format data BCacl adalah sebagai berikut: Date: 31.10.00
Comment: DECY13 Comment: #CCW#0# baru Scale: 1
Azimuth: 0.0 2.0 181 360.0 Radius: 0.0 0.02 26 0.5 R = 0.000 <-- distribution di R=0 1.9098510 1.9056991 1.8999320 1.8905116 ...dst R = 0.020 <-- distribution di R=0.02 1.8783592 1.8603745 1.8417393 1.8170550 1.7847721 ...dst
HASIL KONVERSI DAN PENGOLAHAN DATA
Data medan magnet hasil simulasi TOSCA merupakan data dengan format.table seperti yang ditunjukkan pada lampiran I. Data ini kemudian dikonversi menggunakan program Comi TOSCA atau Scilab. Kedua program ini bertujuan untuk mengkonversi format data.table menjadi format.map yang dapat di baca oleh Bcalc. Listing program konversi data menggunakan Comi TOSCA dan Scilab dapat dilihat pada lampiran II dan III. Data format.map yang dihasilkan adalah seperti di bawah ini:
Date :17/Jun/2011 Comment : DECY13
Comment : #CCW#0# Old Version Scale: 1 Azimuth: 0.0 2.0 181 360.0 Radius: 0.0 0.02 26 0.5 R =0.0 1.29129222303 1.29129222303 1.29129222303 1.29129222303 1.29129222303 1.29129222303 1.29129222303 1.29129222303 1.29129222303 1.29129222303 1.29129222303 1.29129222303 …….. R =20.0 1.29091670361 1.29088063851 1.29084671933 1.2908149874 1.29078548136 1.29075823718 1.29073328803 1.29071066433 ………..
Data format.map yang dihasilkan kemudian dieksekusi menggunakan program BCacl, menghasilkan parameter medan magnet seperti ditunjukkan pada Gambar 1. Parameter medan magnet yang didapatkan meliputi medan magnet rata-rata Brata-rata, flutter (F), parameter k, betatron frekuensi, phase dan amplitudo harmonik, bentuk medan serta mapping distribusi 3D. Pada Gambar 1. ditunjukkan hubungan Brata-rata terhadap jari-jari magnet, garis a adalah nilai Brata-rata ideal yang diinginkan, sedangkan garis b adalah Brata-rata hasil simulasi, nilai ini akan terus dioptimasi untuk mendekati nilai ideal. Optimasi dapat dilakukan dengan mengubah bentuk simulasi sektor magnet yang dikenal dengan istilah soft shimming. Mapping distribusi magnet pada daerah sektor magnet ditunjukkan pada Gambar 2.
Konversi data dengan menggunakan Comi TOSCA ataupun Scilab dapat menghasilkan file.map yang sama namun dari sisi efektivitas waktu, program Scilab lebih efektif karena untuk mengkonversi data dengan ukuran yang sama dibutuhkan waktu yang lebih cepat daripada Comi TOSCA. Data format.table hasil simulasi TOSCA yang digunakan memiliki ukuran 300KB, dengan menggunakan program comi TOSCA dibutuhkan waktu 3 menit 15 detik, sedangkan jika menggunakan Scilab dibutuhkan waktu hanya 2 detik. Dari sisi ukuran data, Scilab juga lebih effisein dibandingkan dengan Comi TOSCA. Data format.table dengan ukuran 300KB jika dikonversi menggunakan Comi TOSCA akan menjadi file.map dengan ukuran 71KB sedangkan jika dikonversi menggunakan Scilab akan menjadi file.map dengan ukuran 47KB.
Gambar 1. Hubungan Brata-rata terhadap jari-jari sektor magnet menggunakan program BCalc
Gambar 2. Distribusi medan magnet secara 3D
KESIMPULAN
Dari penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa :
1. Program BCalc memberikan informasi terkait medan magnet yaitu medan magnet rata-rata Brata-rata, flutter (F), parameter k, betatron frekuensi, phase dan amplitudo harmonik, bentuk medan serta mapping distribusi 3D 2. Konversi data dari hasil simulasi TOSCA
untuk menjadi data yang bisa eksekuasi BCalc dapat dilakukan dengan membuat listing program pada comi TOSCA atau Scilab. 3. Konversi program menggunakan Scilab lebih
efektif dibandingkan comi TOSCA dari sisi ukuran data dan waktu proses. Data dengan ukuran 300KB dapat konversi oleh Scilab selama 2 detik menjadi data berukuran 47KB, sedangkan jika dikonversi menggunakan Comi TOSCA membutuhkan waktu 3 menit 15 detik menjadi data yang berukuran 71KB.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terimakasih kepada Taufik S.Si dan Ir. Slamet Santosa, M.Sc atas segala diskusi dan saran hingga dapat terselesaikannya makalah ini.
DAFTAR PUSTAKA
1. Franko Jozef., dkk., 2005, BCalc - A Computer Program For Processing The Cyclotron Magnetic Structure Measurement Data, Journal of ELECTRICAL ENGINEERING, VOL. 56, NO. 1-2, 2005, 26– 30
2. Anonym., Bcalc a computer program user guide
3. Jong-Seo CHAI., 2009, Accelerator and Beam Dymanic, Cyclotron Apllication Laboratory KIRAMS, Korea
TANYA JAWAB Irianto
Mengapa data medan magnet harus di konversi terlebih dahulu, apakah data dari TOSCA tidak bisa langsung di visualisasikan?
Emy Mulyani
BCalc merupakan program untuk visualisasi kondisi isochronus dalam medan magnet, sebagai input nya program ini membutuhkan data dengan format yang telah ditentukan( file.map). Data simulasi medan magnet menggunakan TOSCA merupakan data dalam format text, sehingga masih perlu dikonversi menjadi data dengan format.map
Saefurrachman
Lebih efektif mana konversi data dengan Comi atau Scilab?
Emy Mulyani
Konversi program menggunakan Scilab lebih efektif dibandingkan Comi dari sisi ukuran data dan waktu proses. Data dengan ukuran 300KB dapat di konversi oleh Scilab selama 2 detik menjadi data berukuran 47KB, sedangkan jika di konversi menggunakan comi TOSCA membutuhkan waktu 3 menit 15 detik menjadi data yang berukuran 71KB.
LAMPIRAN I.
Format Data Tosca.table
26 181 1 1 1 R [1.0] 2 TH [1.0] 3 BZ [1.0] 0 0.00000000000 1.00000000000 1.29129222303 20.0000000000 0.00000000000 1.29091670361 40.0000000000 0.00000000000 1.29192664203 60.0000000000 0.00000000000 1.30909604171 80.0000000000 0.00000000000 1.42686063392 100.000000000 0.00000000000 1.62710121135 120.000000000 0.00000000000 1.73623039983 140.000000000 0.00000000000 1.80144903890 160.000000000 0.00000000000 1.87196669131 180.000000000 0.00000000000 1.92082479394 200.000000000 0.00000000000 1.93443591271 220.000000000 0.00000000000 1.94235356265 240.000000000 0.00000000000 1.94931389180 260.000000000 0.00000000000 1.95331287476 280.000000000 0.00000000000 1.95468802425 300.000000000 0.00000000000 1.95197663168 320.000000000 0.00000000000 1.94672817666 340.000000000 0.00000000000 1.93966735759 360.000000000 0.00000000000 1.92802106970 380.000000000 0.00000000000 1.91307221617 400.000000000 0.00000000000 1.89324240285 420.000000000 0.00000000000 1.86479681820 440.000000000 0.00000000000 1.81894910347 460.000000000 0.00000000000 1.70846195503 480.000000000 0.00000000000 1.32474245121 500.000000000 0.00000000000 0.826601695915 0.00000000000 1.00000000000 1.29129222303 20.0000000000 2.00000000000 1.29088063851 40.0000000000 2.00000000000 1.29167793006 60.0000000000 2.00000000000 1.30695004555 80.0000000000 2.00000000000 1.42093981411 100.000000000 2.00000000000 1.61947547785 120.000000000 2.00000000000 1.72611325042 140.000000000 2.00000000000 1.79551264155 160.000000000 2.00000000000 1.86603840337 180.000000000 2.00000000000 1.91464308293 200.000000000 2.00000000000 1.92984511392 220.000000000 2.00000000000 1.93897221914 240.000000000 2.00000000000 1.94633805169 260.000000000 2.00000000000 1.95079281691 280.000000000 2.00000000000 1.95207490989 300.000000000 2.00000000000 1.94978113828 320.000000000 2.00000000000 1.94551133992 340.000000000 2.00000000000 1.93840551843 360.000000000 2.00000000000 1.92717633277 380.000000000 2.00000000000 1.91212691041 400.000000000 2.00000000000 1.89122052030 420.000000000 2.00000000000 1.86504064300 440.000000000 2.00000000000 1.81703525550 460.000000000 2.00000000000 1.71640101436 480.000000000 2.00000000000 1.36203507780 500.000000000 2.00000000000 0.809914423147 0.00000000000 1.00000000000 1.29129222303 20.0000000000 4.00000000000 1.29084671933 40.0000000000 4.00000000000 1.29142716718 60.0000000000 4.00000000000 1.30477037030 80.0000000000 4.00000000000 1.41408383684 100.000000000 4.00000000000 1.61059125157 120.000000000 4.00000000000 1.71538195453 140.000000000 4.00000000000 1.78899196718 160.000000000 4.00000000000 1.85937816886 180.000000000 4.00000000000 1.90825738148 200.000000000 4.00000000000 1.92506265477 220.000000000 4.00000000000 1.93344259914 240.000000000 4.00000000000 1.94124268182 260.000000000 4.00000000000 1.94534426182 280.000000000 4.00000000000 1.94754971126 300.000000000 4.00000000000 1.94610941024 320.000000000 4.00000000000 1.94261267762 340.000000000 4.00000000000 1.93540287091 360.000000000 4.00000000000 1.92447155804 380.000000000 4.00000000000 1.91026486403 400.000000000 4.00000000000 1.88885931077 420.000000000 4.00000000000 1.86078978908 440.000000000 4.00000000000 1.81473755698 460.000000000 4.00000000000 1.72334462923 480.000000000 4.00000000000 1.34919914028 500.000000000 4.00000000000 0.804372533386 ………dst
LAMPIRAN II.
Listing program konversi data dengan Comi Tosca.
POLAR R2=500 R3=R2 R1=0 R4=0 Z1=0 Z2=Z1 Z3=Z1, Z4=Z1 T1=0 T2=0 T3=360 T4=360 N1=26 N2=181 BUFFER=Polar | MAP FILE=TEMP COMPONENT=Bz /Component: BZ
TABLE INFILE=TEMP OUTFILE='D:\Dokumen\Opera 3D\Opera Models\DECY13/data81.table' COLUMNS=3 F1=R UNIT1T=1.0 F2=TH UNIT2T=1.0 F3=Bz UNIT3T=1.0 UNIT4T=1.0 UNIT5T=1.0 UNIT6T=1.0 UNIT7T=1.0 UNIT8T=1.0 UNIT9T=1.0 UNIT10T=1.0 UNIT11T=1.0 UNIT12T=1.0
/ buka file tabel $ string now
$ open 1 data81.table read /Baca jumlah data $ read 1 #np1 #np2 $ parameter #np #np1*#np2 $ close 1
/ harus diganti
$ open 2 inpbcalc81.MAP write $ form 1 string string=' Date : ' $ form 2 CHARACTER 12 +VARIABLE $ form 3 CHARACTER 30
$ form 4 CHARACTER 13 $ form 5 string string='R = ' $ form 6 expo 0
$ form 7 INTEGER 0 $ form 8 string string=' ' $ assi 1 2
$ string today $ write 2 today $ assi 3
$ write 2 'Comment : DECY13' $ write 2 'Comment : Old Version' $ write 2 ' Scale: 1' $ assi 4 8 6 8 6 8 7 8 6 $ write 2 ' Azimuth:' 0.000 360/(#np2-1) #np2 360.000 $ write 2 ' Radius:' 0.000 0.5/(#np1-1) #np1 0.5 $ write 2 $ DO #inc 1 #np1 1 / harus diganti
$ open 1 data81.table read $ do #Urutandata 1 #inc+4 1 $ read 1 $ end do $ read 1 #dt1 #dt2 #dt3 $ const #dsm #dt1 $ assi 5 6 $ write 2 #dsm $ assi 6 $ const #iter 1
$ WHILE #iter LE #np-#inc $ IF #dt1 eq #dsm $ write 2 #dt3 $ END IF
$ read 1 #dt1 #dt2 #dt3 $ const #iter #iter+1 $ END WHILE $ close 1 $ END DO $ write 2 #dt3 $ close 2 $ string now LAMPIRAN III. Listing program konversi data dengan Scilab.
filetable=uigetfile(["*.table"]) fl=mopen(filetable,'r'); [n,a,b,c,d]=mfscanf(fl,'%i %i %i %i'); na=a*b*c*d; nr=500/(a-1); nt=360/(b-1) while mfscanf(fl,'%i')~=0 v=mfscanf(fl,'%s %s'); end for i=1:na+1-a-b [n,dt1,dt2,dt3]=mfscanf(fl,'%e %e %e'); if (dt2<0) then dt2=2*180+dt2; end if (dt1==0) then [n,dtmp1,dtmp2,dtmp3]=mfscanf(fl,'%e %e %e'); if (dtmp2<0) then dtmp2=2*180+dtmp2; end dt2=dtmp2; i=i+1; B((dtmp1/nr)+1,(dtmp2/nt)+1)=dtmp3; end B((dt1/nr)+1,(dtmp2/nt)+1)=dt3; end mclose(fl) dt=date();
AN=0; AS=1; NA=b-1; AE=359; RN=0; RS=10/1000; NR=a; RE=500/1000; fs = mopen('datainp81.map','w');
mfprintf(fs,' Date : %s\n',dt);
mfprintf(fs,'comment : calculation b average\n'); mfprintf(fs,'comment : from simulation data\n'); mfprintf(fs,' scale : 1\n');
mfprintf(fs,'Azimuth : %f %f %i %f\n',AN,AS,NA,AE); mfprintf(fs,' Radius : %f %f %i %f\n',RN,RS,NR,RE); mfprintf(fs,'\n'); for i=0:1:(a-1) mfprintf(fs,'R = %f\n',i/100); for j=1:(b-1) mfprintf(fs,'%f\n',B(i+1,j)); end end mclose(fs);
