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Ottimizzazione dei parametri caratteristici di un magnete superconduttore tramite analisi FEM pilotate da algoritmi genetici

Informazioni tesi

  Autore: Luca Reina
  Tipo: Tesi di Laurea
  Anno: 2000-01
  Università: Università degli studi di Genova
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria Meccanica
  Relatore: Alessandro Rebora
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 169

La configurazione ottimale delle bobine di un dipolo superconduttore è stata determinata utilizzando analisi agli elementi finiti pilotate da algoritmi genetici. Obiettivo dell'ottimizzazione è stata la massima uniformità del campo magnetico, necessaria per curvare con la precisione voluta gli ioni ad alta energia impiegati nella radioterapia dei tumori.
Il lavoro svolto può essere così sintetizzato:
- costruzione di un modello agli Elementi Finiti 2D ed uno 3D completamente parametrici;
- esplorazione preliminare delle configurazioni progettuali possibili mediante Design of Experiment (DOE) per l'individuazione delle variabili più significative;
- ottimizzazione mediante Algoritmi Genetici;
- affinamento locale attraverso algoritmi gradientali tradizionali.

In appendice è riportato integralmente il programma Fortran che implementa l'algoritmo genetico.

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Prefazione Oggetto di questa tesi è stata l’ottimizzazione dei parametri caratteristici di un magnete superconduttore di una testata isocentrica (gantry), una struttura meccanica rotante che, muovendo la parte terminale di una linea di trasporto di particelle pesanti (adroni), permette di irradiare da differenti direzioni un paziente affetto da tumore, tecnica nota con il nome di Adroterapia. Tale studio è stato motivato dalla necessità di disporre, per la deflessione del fascio di particelle, di un magnete di tipo superconduttore. Tali magneti sono caratterizzati da peso e da ingombri nettamente inferiori rispetto a quelli dei magneti convenzionali, gli unici attualmente impiegati in questo tipo di applicazioni. Questa soluzione permette di ridurre sensibilmente le dimensioni della struttura meccanica di sostegno, con conseguente abbattimento dei costi dell’apparecchiatura. Obiettivo dell’ottimizzazione è stata la determinazione della geometria dei conduttori, della loro disposizione e delle correnti in esse circolanti, al fine di ottenere un campo magnetico il più omogeneo possibile, per poter “guidare” il fascio di particelle sul bersaglio tumorale con elevata precisione. E’ stata quindi condotta un’analisi strutturale per valutare le deformazioni indotte dalle forze di Lorentz sulla struttura meccanica di contenimento delle bobine. I passi fondamentali seguiti possono essere così sintetizzati: • costruzione di un modello agli Elementi Finiti 2D ed uno 3D completamente parametrici;

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Parole chiave

adroterapia
algoritmi genetici
design of experiment
doe
fea
fem
magneti superconduttori
simulazioni numeriche
metodo degli elementi finiti

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