蟹状腔案例研究
超导蟹状腔是用于研究的大型粒子加速器的一个重要组成部分，例如欧洲核子研究中心的大型强子对撞机。这些腔体因质子束在通过蟹状腔体的最狭窄部分时明显的侧向运动而得名，用于为加速器束发出的质子束提供横向偏转或 "倾斜"。这种倾斜增强了质子束在碰撞点的重叠，从而增加了粒子碰撞的概率，并使加速器系统的功率最大化。
1999年，位于伊利诺伊州巴达维亚的费米国家实验室（Fermilab）设计了A15腔体，用于开发工作频率为 3.9GHz 的分离 K+ 光束。对 A15 腔体的早期计算研究显示出与实验研究的差异，这使人们对使用模拟工具进行研究的能力产生了怀疑。由于无法用现有的模拟工具解决这一差异，费米实验室的 Leo Belantoni 博士联系了 Tech-X 的团队。
利用 VSim，Tech-X 团队建立了一个 Belatoni 博士的蟹状腔模型，以确定他们是否能重现实验研究的结果。由于 VSim 是一个能够在高性能计算系统上运行的完全并行化的电磁模拟工具，因此在能源部中心的超级计算机上以高分辨率进行模拟。
通过 VSim 使用的嵌入式边界和频率提取方法，Tech-X 的科学家能够提供比早期模拟更好的精度，以及提取腔体的频率和模式。此外，VSim 的后处理工具能够准确地提取接近退化的空腔模式，并产生高质量的可视化。
利用 Tech-X 提供的详细模拟结果，Belantoni 博士再次寻找模拟和实验结果差异的解释。当他审查模拟结果时，他意识到，这种差异实际上是由于蟹状腔本身的加工误差造成的。
尽管这些误差被认为是在规定的公差范围内，但它们在以前的软件模拟中没有被考虑进去，因为这些工具不能准确地复制蟹状腔的边界条件。有了这些新信息，现在可以准确地模拟蟹状腔，计算研究作为粒子加速器设计的一个重要步骤得到了验证。
"以前对 A15 腔体的模拟结果显示，在 π 模式的谐振频率上与实验测量结果有2.8MHz的差异。理解这种差异很困难，但使用 VSim [当时称为 VORPAL ] 后就容易多了。与 Tech-X 的科学家合作，我们发现了加工误差，虽然在最初指定的公差范围内，但在以前的模拟中从未考虑过。一旦在模拟中得到纠正，我们看到 π 模式的谐振频率的精确度为1/10^4。了解这一差异提高了我们对设计下一代加速器的这些关键部件的信心和理解过程"。
Leo Belantoni
美国费米国家实验室