I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   1 6 ,   No .   1 Feb r u ar y   20 2 6 ,   p p .   477 ~ 487   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 1 6 i 1 . pp 4 7 7 - 4 8 7           477       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   Desig n of a t herm io nic electro n gun  of 6 M eV l ina c b y  using   neura l net wo rk b a sed surro g a te  m o del       E lin   N ura ini 1, 2 ,   Sih a na 2 ,   T a u f ik 1 ,   Da rso no 1 ,   Sa e f urro chma n 1 ,   Ra j endra   Sa t riy a   Ut a ma 2   1 R e s e a r c h   C e n t e r   f o r   A c c e l e r a t o r   Te c h n o l o g y ,   R e s e a r c h   O r g a n i z a t i o n   f o r   N u c l e a r   Te c h n o l o g y ,   N a t i o n a l   R e s e a r c h   a n d   I n n o v a t i o n   A g e n c y ,   S o u t h   T a n g e r a n g ,   I n d o n e si a   2 D e p a r t me n t   o f   N u c l e a r   E n g i n e e r i n g   a n d   E n g i n e e r i n g   P h y si c s,  F a c u l t y   o f   E n g i n e e r i n g ,   U n i v e r si t a s Ga d j a h   M a d a ,     Y o g y a k a r t a ,   I n d o n e si a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   1 7 ,   2 0 2 5   R ev is ed   Oct  2 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   No v   2 3 ,   2 0 2 5       Hig h   p e rfo rm a n c e   e lec tro n   g u n a re   fu n d a m e n tal  c o m p o n e n ts   in   li n e a a c c e ler a to rs  (li n a c s),  d irec tl y   i n flu e n c in g   b e a m   q u a li t y   a n d   d o wn stre a m   sy ste m   e fficie n c y .   Ho we v e r,   d e sig n i n g   e lec tro n   g u n s fo a p p li c a ti o n s su c h   a s   a   6   M e li n a c   p re se n ts  c o m p lex   trad e - o ffs  b e twe e n   c u rre n t ,   p e r v e a n c e ,   a n d   b e a m   e m it tan c e .   Trad it io n a si m u latio n - d ri v e n   o p ti m iza ti o n   m e th o d a re   c o m p u tati o n a ll y   e x p e n si v e   a n d   l imit  ra p id   p r o to t y p in g .   In   t h is  stu d y ,   we   d e v e lo p   a   n e u ra n e two r k - b a se d   su rro g a te  m o d e trai n e d   o n   C S S tu d io   S u it e   si m u lati o n   d a ta  t o   p re d ict  t h e   e lec tro n   g u n ' p e rfo rm a n c e   m e tri c s.  Ou a p p ro a c h   sig n ifi c a n tl y   a c c e lera tes   th e   o p ti m iza ti o n   p r o c e ss   b y   p r o v i d in g   re a l - ti m e   p re d ictio n o b e a m   c u rre n a n d   p e r v e a n c e   a c ro ss   a   wi d e   d e sig n   p a ra m e ter  sp a c e .   Th e   su rr o g a te  m o d e a c h iev e h i g h   p re d icti o n   a c c u ra c y ,   with   trai n in g   a n d   v a li d a ti o n   lo ss e o n   t h e   o rd e o 1 0 .   Re su lt d e m o n stra te  th a n e u ra n e tw o rk   m o d e ls  c a n   se rv e   a re li a b le  a n d   e fficie n t   to o ls  fo r   e lec tro n   g u n   d e sig n ,   o ffe ri n g   c o n sid e ra b le  c o m p u tati o n a l   sa v in g wh il e   mai n tain in g   a c c u ra c y .   F u t u re   e x ten sio n in c lu d e   e x p a n d in g   th e   su rro g a te   m o d e to   m u lt i - o b jec ti v e   o p ti m iza ti o n   a n d   in c o r p o ra t in g   th e rm a a n d   m e c h a n ica e ffe c ts i n to   th e   d e sig n   p ro c e ss .   K ey w o r d s :   Acc eler ato r   d esig n   E lectr o n   g u n   L in ac   Neu r al  n etwo r k   Su r r o g ate  m o d el   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Sih an a   Dep ar tm en t o f   Nu clea r   E n g in ee r in g   an d   E n g in ee r in g   Ph y s ics,   Facu lty   o f   E n g in ee r in g ,   Un i v er s itas   Gad jah   Ma d a   J alan   Gr af ik No . 2 ,   Sen d o wo ,   Sin d u ad i,  Mla ti,  Slem an ,   Dae r ah   I s tim ewa   Yo g y a k ar ta,   I n d o n esia 5 5 2 8 4     E m ail: sih an a@ u g m . ac . id       1.   I NT RO D UCT I O N   L in ea r   ac ce ler ato r s   ( lin ac s )   r ely   o n   h i g h - q u ality   elec tr o n   s o u r ce s   t o   ac h ie v th eir   o p er atio n al   p er f o r m an ce ,   with   elec tr o n   g u n s   p lay in g   p iv o tal  r o le  in   d eter m in in g   th o v er all  b ea m   em ittan ce ,   cu r r en t,   an d   s tab ilit y .   I n   p ar ticu lar ,   en er g y   r ec o v e r y   lin ac s   ( E R L s )   d em an d   elec tr o n   g u n s   ca p ab le  o f   p r o d u cin g   h ig h - b r ig h tn ess ,   lo em ittan ce   b ea m s   to   s u s tain   ef f icien o p er atio n   at  h ig h   r ep etitio n   r a tes  [ 1 ] [ 2 ] .   Su ch   r eq u ir em e n ts   ar cr itical  f o r   ap p licatio n s   in clu d in g   s y n c h r o t r o n   lig h s o u r ce s ,   f r ee   elec tr o n   laser s ,   an d   h ig h - en er g y   p h y s ics ex p er i m en ts   [ 3 ] .   Desig n in g   an   elec tr o n   g u n   s u i tab le  f o r   6   Me lin ac   p o s es  s ev er al  ch allen g es.  Ach iev in g   b alan ce   b etwe en   h ig h   b ea m   cu r r e n an d   lo em ittan ce   d em an d s   ca r ef u o p tim izatio n   o f   g e o m etr ical  p ar am eter s ,   elec tr ic  f ield   d is tr ib u tio n s ,   an d   m ater ial  s elec tio n s   [ 4 ] [ 5 ] .   T r ad itio n ally ,   s u c h   o p tim izatio n   r elies  o n   r e p ea ted   f u ll - p h y s ics  s im u latio n s   u s in g   s o f twar lik e   C ST  Stu d io   Su i te  o r   ASTRA  [ 6 ] [ 7 ] .   W h ile  t h ese  m eth o d s   o f f e r   h ig h   ac cu r ac y ,   th ey   ar co m p u tatio n ally   in ten s iv e,   with   ea ch   d esig n   iter atio n   p o ten tially   r eq u ir in g   h o u r s   to   d ay s   o f   p r o ce s s in g   tim e.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   1 Feb r u ar y   20 2 6 :   4 7 7 - 487   478   R ec en ad v an ce s   in   m ac h i n l ea r n in g ,   p ar ticu lar l y   in   th d e v elo p m en t   o f   n eu r al  n etwo r k   s u r r o g ate   m o d els,  o f f e r   p r o m is in g   av e n u es  to   ac ce ler ate  d esig n   p r o c ess es  in   ac ce ler ato r   p h y s ics  [ 8 ] [ 1 2 ] .   Su r r o g ate   m o d els  ca n   ap p r o x im ate  t h e   b eh av i o r   o f   c o m p lex   s y s tem s ,   p r o v id in g   r ea l - tim p r e d ictio n s   o f   s y s tem   r esp o n s es  with o u th n ee d   f o r   tim e - co n s u m in g   s im u latio n s .   T h eir   ap p licatio n   h as  b ee n   d em o n s tr ated   in   ca v ity   o p tim izatio n   [ 1 3 ] ,   b ea m   tr an s p o r s y s tem s   [ 1 4 ] ,   an d   ac ce ler ato r   co n tr o s y s tem s   [ 1 5 ] [ 1 6 ] .   R ec en t   s tu d ies  h av also   ap p lied   n eu r al  m o d els  to   p r ed ict  b ea m   e m ittan ce   an d   o p tim ize  in jecto r   co n f i g u r atio n s   in   r ea l tim [ 1 7 ] [ 1 8 ] .   Desp ite  th ese  ad v an ce s ,   th er r em ain s   g ap   in   th ap p licatio n   o f   n eu r al  n etwo r k s   to   t h d esig n   an d   o p tim izatio n   o f   elec tr o n   g u n s   th em s elv es.  Mo s p r io r   wo r k s   f o cu s   o n   b ea m lin es  o r   d o wn s tr ea m   tr an s p o r t   s y s tem s   r ath er   th an   th in jec to r   s tag e.   Mo tiv ated   b y   t h is   n ee d ,   o u r   s tu d y   p r esen ts   th d ev elo p m e n an d   v alid atio n   o f   n e u r al  n etwo r k   s u r r o g ate  m o d el  s p ec if ical ly   tailo r ed   f o r   p r ed ictin g   th e   p er f o r m a n ce   o f   a   th er m io n ic  Pier ce - t y p elec tr o n   g u n   [ 1 9 ] .   Ou r   s tu d y   ad d r ess es  th is   g ap   b y   p r o p o s in g   s u r r o g ate  m o d el   d ed icate d   to   p r ed ictin g   k ey   p er f o r m a n ce   p ar a m eter s   b ea m   cu r r en a n d   p er v ea n ce   b ased   o n   g e o m etr ic  d esig n   in p u ts .   T h is   s p ec if ic  f o cu s   is   cr itical,   as  th in itia b ea m   p ar am eter s   s et  b y   th g u n   f u n d a m en tally   in f lu en ce   th en tire   ac ce ler ato r   ch ain .     B y   tr ain in g   th m o d el  o n   co m p r eh en s iv d ataset  g en e r ated   f r o m   C ST  s im u latio n s ,   we  en ab le  r ap id   ev alu atio n   o f   k ey   p er f o r m a n ce   m etr ics  s u ch   as  b ea m   cu r r en a n d   p er v ea n ce .   Ou r   ap p r o ac h   n o o n ly   ac ce ler ates  th d esig n   p r o ce s s   b u also   o p en s   p ath wa y s   to war d   m o r s o p h is ticated ,   r ea l - tim e,   m u lti - o b jectiv e   o p tim izatio n s   in   f u t u r lin ac   d ev elo p m en ts .   T h is   p ap er   is   s tr u ctu r ed   as  f o llo ws:   Sectio n   2   d escr ib es  t h m eth o d o l o g y   in clu d in g   el ec tr o n   g u n   m o d elin g ,   d ataset  g en er atio n ,   an d   s u r r o g ate  m o d el  d ev elo p m en t;  Sectio n   3   p r esen ts   s i m u latio n   r esu lts   an d   m o d el  v alid atio n ; a n d   Sectio n   4   d is cu s s es th co n clu s io n s   an d   p o ten tial f u tu r r esear c h   d ir e ctio n s .       2.   M E T H O D   T h is   s tu d y   em p lo y e d   two - s t ag m eth o d o lo g ical  f r am ewo r k   co m b in i n g   p h y s ics - b ased   s im u latio n s   an d   m ac h in lear n in g .   I n   th e   f ir s s tag e,   Pier ce - ty p elec t r o n   g u n   was  m o d elled   an d   s i m u lated   u s in g   C ST   Stu d io   Su ite  to   g en er ate  a   co m p r eh en s iv e   d ataset  ac r o s s   wid r an g e   o f   d esig n   p ar am et er s   to   b i n s er ted   in   lear n in g   m ac h in e.   I n   th e   s ec o n d   s tag e,   n e u r al  n etwo r k - b a s ed   s u r r o g ate   m o d el  was  d e v elo p ed   a n d   tr ain ed   u s in g   s im u latio n   d ata  to   en ab l r ap id   p er f o r m a n ce   p r e d ictio n   an d   d esig n   o p tim izatio n .   T h d etailed   s tep s   ar p r esen ted   in   th e   f o llo win g   s u b s ec tio n s .     2 . 1 .     E lect ro n g un   des ig n a nd   CST   s im ula t io ns   T h e   d e s i g n   p h a s c o m m en ce d   w i th   th e   cr e a t io n   o f   th r e e - d im e n s i o n a ( 3 D)   c o m p u t er - a id e d   d e s i g n   ( C A D )   m o d e l   t h d e s i g n   p a r am e t er s   o f   a   P i e r ce - ty p e   el e c t r o n   g u n   a s   d e p i ct e d   i n   F i g u r e   1 .   T h i s   d e s i g n   i n c lu d e s   a   t h e r m io n ic  c a t h o d e,   a   ca r ef u l ly   s h ap ed   P i e r c e   e l ec t r o d e ,   a n d   an   an o d e   w i t h   a   f o cu s i n g   n o s e .   E a ch   g eo m e tr i c o m p o n e n w a s   e n g i n e er e d   to   m e e o p er a t i o n a g o a l s   s u c h   a s   m in i m i z in g   e m i t t an c e   w h i l e   s u s t a i n in g   s u f f i c i e n t   b ea m   c u r r en t   f o r   th e   i n te n d e d   6   M e V   l i n a c   ap p l ic a t i o n .   T h e   p r o p o s ed   e l e c tr o n   g u n   wa s   d e s i g n e d   a cc o r d in g   to   t h e   f o l l o w in g   d e s i g n   p ar a m e t e r s ,   n am e l y :   0 . 2 5   A   o f   c u r r e n t   b e am ,   4 . 5   m m   o f   b ea m   d ia m e t er ,   e m i t ta n c e   i s   l e s s   t h a n   1 0 - 5   m m . r a d   an d   p e r v e a n c e   i s   l e s s   t h a n   1 0 - A/ V 3/2 .   T h e   s ch e m e     o f   e l e c t r o n   g u n   d e s i g n   p r o ce s s   i s   d ep i c t ed   in   F i g u r e   2 .   T h i s   s c h e m s h o w s   s t e p   b y   s t e p   t o   d e s i g n   th e   e l e c t r o n   g u n .   T o   a c cu r a t e ly   s i m u l a t th e l e c t r i f i el d s   a n d   c h ar g ed   p a r t i c l d y n a m i c s   w i t h in   t h g u n ,   C S T   S t u d i o   Su i t e   ( v e r s io n   2 0 2 2 )   w a s   e m p l o y ed   [ 2 0 ] .   C S T   c o m b in e s   t h e   f i n i te   e l e m en t   m e t h o d   ( F E M )   f o r   s o l v i n g   e l e c tr o s t a t i f ie l d   d i s tr i b u t io n s   w i t h   th p ar t i c l e - in - c e l l   ( P I C )   m e th o d   f o r   s e l f - c o n s i s t e n t   s im u l a t io n   o f   p ar t i c l m o t i o n   a n d   s p a c c h a r g e   e f f e c t s   [ 2 1 ] .   T h E le c t r o s t a t i S o lv er   m o d u l c al c u l a t ed   th s t a t i e l e c t r i f i e ld   d i s t r i b u t i o n   a r i s in g   f r o m   a p p l i ed   c a th o d a n d   a n o d e   p o te n t i a l s .   S u b s e q u e n t ly ,   th P I C   m o d u l t r a c k ed   t h o u s a n d s   o f   e l e c tr o n s   e m i t te d   f r o m   t h e   ca t h o d e   s u r f a c u n d e r   t h i n f l u en c e   o f   th e s f i e ld s ,   i n c o r p o r a t in g   c o l l e c t iv e   e f f ec t s   s u c h   a s   b e am   e x p an s i o n   d u t o   m u tu a l   r e p u l s i o n .   B o u n d ar y   co n d i t i o n s   w e r e   s e a s   p er f ec t   c o n d u c t i n g   e le c t r o d e s   i n   f u l l - v a cu u m   e n v i r o n m e n t.   T h ex t r ac t i o n   v o l t ag w a s   v a r ie d   i n   t h r an g o f   20 4 0   k V ,   a n d   f o r   e a c h   c o n f ig u r a t i o n   th o u s a n d s   o f   e l ec t r o n s   w er e   t r a c k e d   t o   o b t a i n   o u t p u p a r am e t e r s   s u c h   a s   b e am   cu r r e n t ,   p er v e an c e,   em i t t a n ce ,   a n d   b e a m   d i am e t e r .   s y s t e m a t ic   p ar a m e te r   s w e ep   w a s   p e r f o r m e d ,   v a r y i n g   c r i t ic a l   d e s i g n   p ar a m e t er s   i n c lu d i n g   c a t h o d e   d i a m e te r ,   ca t h o d e   l en g th ,   an o d e - c a t h o d g ap ,   a n d   an o d n o s l e n g t h   w a s   d e p ic t e d   i n   T ab le   1 .   t o t a o f   1 2 8 0   u n i q u co n f ig u r a t io n s   w er e   s i m u l a t e d ,   e a ch   c ap t u r i n g   o u t p u t   p a r am e t er s   s u c h   a s   b e am   c u r r en t ,   p e r v e an c e ,   a n d   f in a l   b e a m   d i a m e te r .   T h e   co m p r e h e n s i v e   d a t a s e t,  o c c u p y in g   ap p r o x i m a te l y   6 0 0   G B   o f   s t o r a g e,   f o r m s   t h e   f o u n d a t io n   f o r   s u r r o g a t m o d e t r a in i n g .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Desig n   o f a   th ermio n ic  elec tr o n   g u n   o 6   MeV   lin a b u s in g   n eu r a l n etw o r b a s ed   …  ( E l in   N u r a in i )   479         Fig u r 1 .   Mo d el  o f   p ier ce - ty p elec tr o n   g u n           Fig u r 2 .   Sch em e   o f   elec tr o n   g u n   d esig n   p r o ce s s       I n   o r d er   to   s im u latio n   ca n   b co n d u cte d   well  an d   f ast,  we  u s ed   th wo r k s tatio n   co m p u ter   with   tech n ical  s p ec if icatio n s Sy s tem   m an u f ac tu r e r Dell,   I n c . Sy s tem   m o d el:  Pre cisi o n   5 8 2 0   T o we r OS   Mic r o s o f W in d o ws  1 1   Pro   f o r   W o r k s tatio n s Pro ce s s o r   I n tel  ( R )   Xeo n   ( R )   W - 2 2 2 3   C PU @ 3 . 6 0   GHz ,     4   C o r e,   8   L o g ical  Pro ce s s o r s ; a n d   R AM : 6 4   GB .       T ab le  1 .   Var iatio n   o f   in p u t p a r am eter   P a r a me t e r   N u mb e r   o f   v a r i a t i o n s   M i n i m u m   ( mm )   M a x i m u m   ( mm )   C a t h o d e   d i a me t e r   ( C D )   6   0 . 2 1   1 . 7   C a t h o d e   l e n g t h   ( C T L)   6   8   13   A n o d e   c a t h o d e   g a p   ( C A G )   6   6   11   A n o d e   n o se   l e n g t h   ( A N L)   6   1 . 3   1 . 8     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   1 Feb r u ar y   20 2 6 :   4 7 7 - 487   480   2 . 2 .     Dev el o pm ent   o f   t he  neura l net wo rk   s urro g a t mo del   Fo llo win g   d ata  co llectio n ,   f u lly   co n n ec ted   f ee d f o r war d   n eu r al  n etwo r k   ( FNN)   was  co n s tr u cted   to   s er v as  co m p u tatio n ally   ef f icien s u r r o g ate  m o d el.   T h ar ch itectu r co n s is ted   o f   an   in p u lay er   co r r esp o n d in g   to   th f o u r   d esig n   p ar am eter s ,   th r ee   h id d e n   lay er s   with   8 0 ,   4 0 ,   a n d   2 0   n e u r o n s   r esp ec tiv ely ,   an d   an   o u tp u lay er   p r o d u cin g   two   tar g et  v alu es:  b ea m   c u r r en an d   p er v ea n ce .   T h s c h em o f   s u r r o g ate   m o d el  is   s h o wn   in   Fig u r 3 .   E ac h   h id d en   la y er   u tili ze d   th r ec tifie d   lin ea r   u n it  ( R eL U)   ac tiv atio n   f u n ctio n ,   wh ich   p r o m o tes  s p ar s ity   an d   m itig ates  th v an is h in g   g r ad ien p r o b lem   co m m o n ly   en co u n ter e d   in   d ee p   n eu r al  n etwo r k s   [ 2 2 ] Me an   s q u ar ed   er r o r   ( MSE )   was  em p lo y ed   as  th lo s s   f u n ctio n   to   q u an tif y   th d ev iatio n   b etwe en   p r e d icted   an d   tr u o u tp u t v alu es,  wh ile  n etwo r k   weig h ts   wer u p d ated   u s in g   th Ad am   o p tim izatio n   alg o r ith m   [ 2 3 ] .   T r ain in g   was  co n d u cted   o v er   2 0 , 0 0 0   ep o c h s   with   lear n in g   r ate  o f   0 . 0 0 0 2 ,   ch o ice  m ad b ased   o n   p r elim in ar y   c o n v er g en ce   s tu d i es  to   b alan ce   s p ee d   an d   m o d el   s tab ilit y .   I n p u an d   o u tp u d at wer n o r m alize d   to   ze r o   m ea n   a n d   u n it  v ar ian ce   p r io r   to   tr ain i n g   to   en h an c lear n in g   d y n am ics  an d   ac ce ler ate  co n v er g en ce   [ 2 2 ] .   T h d ataset  was  s p lit  wi th   an   8 0 /2 0   r atio   b etwe en   tr ai n in g   a n d   v alid atio n   s ets  to   as s ess   g en er aliza tio n   p er f o r m an ce   an d   d etec t p o ten t ial  o v er   f itti n g .           Fig u r 3 .   Sch em e   o f   s u r r o g ate   m o d el       2 . 3 .     Co m pu t a t io na l r eso urc es a nd   cha lleng es   T h h ig h   co m p u tatio n al  c o s o f   g e n er atin g   th s im u latio n   d atab ase  was  ad d r ess ed   b y   le v er ag in g   h ig h - p e r f o r m an ce   co m p u tin g   ( HPC )   clu s ter   eq u ip p ed   with   lar g m em o r y   n o d es  to   h an d le  th m em o r y - in ten s iv FEM - PIC si m u latio n s .   Neu r al  n etwo r k   tr ain in g   w as p er f o r m ed   o n   d e d icate d   wo r k s tatio n   eq u ip p ed   with   GPU   ac ce ler atio n   ( NVI DI R T s er ies),   r ed u cin g   tr ain in g   tim b y   ap p r o x im ately   an   o r d er   o f   m ag n itu d c o m p ar e d   to   C PU - o n ly   tr ain in g .   Desp ite  th u p f r o n t   in v estme n in   s im u latio n   tim a n d   d a ta  s to r ag e,   th e   tr ain e d   s u r r o g ate  m o d el  d r am atica lly   r ed u ce s   th c o m p u tatio n al  co s f o r   f u tu r e   d esi g n   ev al u atio n s .   Pre d ictio n s   f o r   n ew  co n f ig u r atio n s   ca n   b o b tain ed   in   m illi s ec o n d s ,   f ac ilit atin g   r ea l - tim ex p lo r atio n   o f   th d esig n   p ar a m eter   s p ac an d   e n ab lin g   r ap id   o p tim izatio n   cy cles th at  wer p r ev io u s ly   in f ea s ib le  with   tr ad itio n al  m et h o d s .     2 . 4 .     Co m pu t a t io na l r eso urc es a nd   co ns idera t io ns   Du to   th h ig h   co m p u tatio n al  d em an d s   o f   b o th   C ST  s im u latio n   an d   n eu r al  n etwo r k   tr ain in g ,   s im u latio n s   wer co n d u cted   o n   h ig h - p er f o r m an ce   co m p u t in g   clu s ter .   T h lar g m em o r y   f o o tp r in r eq u ir e d   f o r   C ST  p ar am eter   s wee p s   ( a p p r o x im ately   6 0 0   GB )   n ec ess itated   ef f icien d ata  m an ag e m en p r ac tices.  Fo r   n eu r al  n etwo r k   tr ain in g ,   tr ai n in g   tim e   an d   co n v er g e n ce   wer o p tim ized   b y   tu n in g   th lear n in g   r ate  a n d   n u m b er   o f   e p o ch s ,   u ltima tely   ac h iev in g   an   ac c u r ate  an d   ef f icien s u r r o g ate  m o d el  c ap ab le  o f   r ep lacin g   tr ad itio n al  f u ll - s ca le  C ST  s im u latio n s   f o r   s u b s eq u en t d esig n   iter atio n s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Desig n   o f a   th ermio n ic  elec tr o n   g u n   o 6   MeV   lin a b u s in g   n eu r a l n etw o r b a s ed   …  ( E l in   N u r a in i )   481   3.   RE SU L T   AND  DI SCUS SI O N   3 . 1 .       E lect ric  f ield a nd   elec t ro n be a m   pa t h si m ula t io n   E l e c t r i c   f i el d   a n d   e l e c t r o n   b e a m   p a t h   o f   e l e c t r o n   g u n   w e r e   s i m u l a t e d   u s i n g   C S T   s o f t w a r e   a s   d e p i c t e d   i n   F i g u r e s   4   a n d   5   r es p e c t i v el y .   A s   s h o w n   i n   t h es e   f i g u r e s ,   t h e   r e s u l ts   w e r e   i n   a c c o r d a n c e   wi th   d e s i g n   p a r a m e t e r s .   T h e   o p t i m u m   r e s u lt s   w e r e   o b t ai n e d   a s   f o ll o w s   i n   T a b l e   2 .   I n   o r d e r   t o   s i m u l at i o n   c a n   b e   c o n d u c t e d   w e ll   a n d   f a s t ,   w e   u s e d   t h e   w o r k s t a ti o n   c o m p u t e r   w i t h   t e c h n i c a l   s p ec i f ic a t i o n s :   S y s te m   m a n u f a c t u r e r :   D e l l ,   I n c . ;   S y s t e m   m o d e l :   P r e c is i o n   5 8 2 0   T o w e r O S   M i c r o s o f t   W i n d o w s   1 1   P r o   f o r   W o r k s t a t i o n s ;   P r o c ess o r   I n t e l   ( R )   X e o n   ( R )   W - 2223  C PU@ 3 . 6 0   G H z ,   4   C o r e ,   8   L o g i c a l   P r o c es s o r s ;   a n d   R A M   6 4   GB .           Fig u r 4 .   E lectr ic  f ield   s im u latio n           Fig u r 5 .   E lectr o n   b ea m   p ath       T ab le  2 .   O p t i m u m   d e s i g n   o f   e l e c t r o n   g u n   P a r a me t e r s   V a l u e   U n i t   B e a m   c u r r e n t   0 . 5 1   A   P e r v e a n c e   9 . 8 0 × 1 0 −8   / 3 / 2   e mi t t a n c e   ( x )   9 . 4 1 × 1 0 −6   mm . r a d   e mi t t a n c e   ( y )   8 . 3 0 × 1 0 −6   mm . r a d   b e a m si z e   ( D i a m e t e r )   0 . 3 0 2 4   mm   o p e r a t i n g   v o l t a g e   30   kV   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   1 Feb r u ar y   20 2 6 :   4 7 7 - 487   482   3 . 2 .     Neura l net wo r k   t r a ini ng   perf o rma nce   T h tr ain in g   p r o ce s s   o f   th s u r r o g ate  m o d el  was  m o n ito r e d   u s in g   b o th   tr ain in g   an d   v ali d atio n   lo s s   cu r v es.  As  s h o wn   in   Fig u r 6 ,   th m o d el  ac h iev e d   co n v er g en ce   with in   th f ir s f ew  th o u s an d   ep o ch s ,   an d   b o th   lo s s   v alu es  r em ain ed   s tab le  with   n o   s ig n s   o f   d iv e r g en ce   th r o u g h o u t h en tire   2 0 , 0 0 0 - ep o c h   tr ain i n g   s ch ed u le.   T h f in al  tr ain in g   lo s s   r ea ch ed   2 . 2 1 4 3 × 10 ⁻⁷ ,   w h ile  th v alid atio n   lo s s   s ettle d   at  3 . 9 5 6 0 × 10 ⁻⁷ in d icatin g   ex ce llen t g en er aliza tio n   p er f o r m an ce .   T h clo s en e s s   o f   tr ain in g   an d   v alid atio n   c u r v es  s u g g ests   th at  o v er f itti n g   was su cc ess f u lly   m itig ated   [ 2 4 ] .   T h lo MSE   v alu es  r ef lect  t h m o d el’ s   ab ilit y   to   ac c u r ate ly   lear n   th m a p p in g   b etwe en   g eo m etr ic  d esig n   p ar am eter s   an d   o u tp u b ea m   m etr ics.  T h ese  m et r ics  in clu d b ea m   cu r r en a n d   p er v ea n ce ,   two   p ar am eter s   th at  ar e   h ig h l y   s en s itiv to   elec tr o n   g u n   g eo m etr y   an d   elec tr ic  f ield   d is tr ib u tio n .   T h p er f o r m an ce   o f   th e   m o d el  co n f ir m s   t h at  ev en   r elativ ely   s h allo n e u r al  n etwo r k s ,   wh en   p r o p er l y   c o n f i g u r ed   an d   tr ain e d   o n   h ig h - f i d elity   s im u latio n   d ata,   ca n   p r o v id h i g h ly   r eliab le  p r e d ictio n s   f o r   c o m p lex   p h y s ical  s y s tem s   [ 2 5 ] [ 2 6 ] .           Fig u r 6 .   T r ain in g   p er f o r m an c o f   n e u r al  n etwo r k   s u r r o g ate  m o d el       3 . 3 .     P re dict io a cc ura cy   o f   bea m   pa ra m et er s   Fig u r 7   p r esen ts   s ca tter   p lo t   co m p a r in g   th e   p r ed icte d   b ea m   cu r r en a g ain s th e   g r o u n d   t r u th   v alu es  o b tain ed   f r o m   C ST  s im u lati o n s .   T h s tr o n g   lin ea r   alig n m en o f   p o in ts   alo n g   th d i ag o n al  lin ( y   x )   d em o n s tr ates  h ig h   d eg r ee   o f   p r ed ictio n   ac cu r ac y   ac r o s s   t h f u ll  r a n g o f   in p u co n d itio n s   [ 2 5 ] [ 2 6 ] .   T h is   ca p ab ilit y   is   p ar ticu lar ly   v alu ab le  in   p r ac tical  d esig n   wo r k f lo ws,  wh er p r e d ictin g   h o s m all  ch an g es  in   g eo m etr y   i n f lu en ce   th b ea m   cu r r en t c a n   ac ce ler ate  th r e f i n em en t p r o ce s s .   Similar ly ,   Fig u r 8   s h o ws  th p er f o r m an ce   o f   th n e u r al  n et wo r k   in   p r ed ictin g   b ea m   p er v ea n ce .   T h clo s ag r ee m en b etwe en   p r ed icted   an d   ac tu al  v al u es  f u r th e r   s u p p o r ts   th r o b u s tn ess   o f   th tr ain ed   s u r r o g ate   m o d el  [ 2 7 ] .   Acc u r ate  p r ed ict io n   o f   p e r v ea n ce   is   cr u cial  i n   elec tr o n   g u n   d esig n   b ec au s it  ca p tu r es  th e   r elatio n s h ip   b etwe en   cu r r en an d   ac ce ler atin g   v o ltag e,   s er v in g   as  d iag n o s tic  in d icato r   f o r   s p ac ch ar g e - lim ited   em is s io n .   T h b ea m   cu r r e n t,  em ittan ce ,   an d   p er v ea n ce   ar cr u cial  p er f o r m an ce   in d icato r s   th at  d ir ec tly   r ef lect   th p h y s ical  b e h av io r   o f   t h el ec tr o n   g u n .   B ea m   c u r r en t   is   p r im ar ily   in f lu en c ed   b y   th ca t h o d e - an o d v o ltag an d   th em is s io n   ar ea ,   wh ich   ar g o v er n ed   b y   elec tr o d g eo m etr y .   h ig h er   e x tr ac tio n   v o ltag an d   lar g er   em is s io n   ar ea   lead   to   in cr ea s ed   b ea m   cu r r en t.   E m ittan ce ,   wh ich   q u an tifie s   th e   s p r ea d   o f   th e   b ea m   in   p h ase  s p ac e,   is   af f ec te d   b y   th f o cu s in g   p r o p e r ties   o f   th e   g eo m etr y s h ar p   cu r v atu r e   o r   ab r u p t   ch an g es  in   f ield   lin es  ten d   to   d e g r ad e   em ittan ce .   Me an wh ile,   p er v ea n ce   is   f u n ctio n   o f   b o th   th b ea m   cu r r en an d   ex tr ac tio n   v o ltag e,   s er v in g   as  a   m ea s u r o f   s p ac e - c h ar g e   ef f ec ts .   B y   an aly zin g   h o th ese  p ar am eter s   v ar y   with   g eo m etr y   i n p u ts   s u ch   as  el ec tr o d an g le,   g a p   d is tan ce ,   an d   v o ltag e,   we  p r o v i d d ee p er   p h y s ical  u n d er s tan d i n g   o f   th d esig n - p er f o r m a n ce   r elatio n s h ip   i n   th e r m io n ic  elec tr o n   g u n s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Desig n   o f a   th ermio n ic  elec tr o n   g u n   o 6   MeV   lin a b u s in g   n eu r a l n etw o r b a s ed   …  ( E l in   N u r a in i )   483       Fig u r 7 .   C u r r e n t p r e d ictio n   v s   tr u th   v alu es           Fig u r 8 .   Per v ea n ce   p r ed ictio n   v s   tr u v alu es       An   ad d itio n al  im p o r tan o u tp u t,  b ea m   d iam eter   at  th g u n   ex it,  was  also   m o n ito r ed   ac r o s s   co n f ig u r atio n s .   Alth o u g h   n o u s ed   as  tr ain in g   tar g et,   its   co r r elatio n   with   p r ed icted   c u r r en an d   p er v ea n ce   in d ir ec tly   v alid ates  th p h y s i ca co n s is ten cy   o f   th e   m o d el.   I n   alm o s all  co n f ig u r atio n s ,   th b ea m   d iam eter   r em ain ed   b el o th 5   m m   th r esh o ld ,   in d icatin g   th f o c u s in g   co m p o n en ts   in   th e   Pier ce   g eo m etr y   was   f u n ctio n in g   as e x p ec te d .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   1 Feb r u ar y   20 2 6 :   4 7 7 - 487   484   3 . 4 .     So urce s   o f   er r o a nd   mo del lim it a t io ns   Desp ite  th s tr o n g   o v er all  p er f o r m a n ce ,   m in o r   d ev iatio n s   wer o b s er v ed   in   f ew   h i g h - cu r r en t   co n f ig u r atio n s ,   wh e r th e   p r e d icted   v alu es  s lig h tly   u n d er es tim ated   th g r o u n d   t r u th .   T h e s er r o r s   ar e   lik ely   d u to   s p ar s r e p r esen tatio n   o f   s u ch   co n f ig u r atio n s   in   th tr ain in g   d ataset.   I n c r ea s in g   th d en s ity   o f   s am p les   in   h ig h - c u r r e n t r eg im es c o u ld   im p r o v p r ed ictio n   ac cu r ac y   i n   f u tu r s tu d ies  [ 2 8 ] .   Mo r eo v er ,   th s u r r o g ate  m o d e is   lim i ted   to   th p ar am eter   r an g es  s ee n   d u r in g   tr ain in g .   E x t r ap o latio n   to   u n s ee n   r e g io n s   o f   th d esig n   s p ac m ay   y ield   u n r elia b le  r esu lts ,   wh ich   h ig h lig h ts   th im p o r tan ce   o f   th o u g h t f u d ataset  co n s tr u cti o n .   I n te g r atio n   o f   u n ce r tain t y   q u an tific atio n   tec h n iq u es  o r   ac tiv lear n in g   s tr ateg ies co u ld   f u r th e r   en h an ce   m o d el  r eliab ilit y ,   p ar ticu lar ly   f o r   h ig h - r is k   o p er ati n g   p o in ts .     3 . 5 .     Co m pu t a t io na l e f f iciency   a nd   pra ct ica l im pli ca t io ns   Fro m   c o m p u tatio n al  p er s p e ctiv e,   th s u r r o g ate  m o d el   s ig n if ican tly   o u tp er f o r m s   tr a d itio n al  FEM - PIC  s im u latio n s   in   ter m s   o f   ev alu atio n   tim e.   On ce   tr ain ed ,   th m o d el  p r ed icts   b ea m   c h ar ac ter is tics   f o r   n ew  co n f ig u r atio n s   in   u n d er   1 0   m illi s ec o n d s   o n   s tan d ar d   GPU,   co m p ar ed   t o   h o u r s   o f   p r o ce s s in g   r eq u ir ed   b y   C ST  s im u latio n s .   T h is   s p ee d   en ab les  r ap i d   iter ativ e   d esig n ,   g lo b al  s en s itiv ity   an al y s is ,   an d   r ea l - tim m u lti - o b jectiv o p tim izatio n   th at  wo u ld   o th er wis b i n f ea s ib le.   T h ese  r esu lts   u n d er s co r th e   v alu o f   co m b in in g   h ig h - f i d elity   s im u latio n   to o ls   with   d ata - d r iv e n   s u r r o g ate  m o d els  in   ac ce ler at o r   d esig n .   W h ile  th e   s im u latio n   p r o ce s s   r em ain s   ess en tial  f o r   in itial  d ataset   g en er atio n ,   th tr ain ed   s u r r o g a te  allo ws f o r   f ast d esig n   ex p lo r atio n   an d   d ee p er   p h y s ical  in s i g h t.  Similar   m u lti - o b jectiv f r a m ewo r k s   h a v b e en   im p lem en te d   s u cc ess f u lly   i n   r ec en s u r r o g ate - ass is ted   in jecto r   d esig n s   [ 2 9 ] an d   th eir   ef f icien cy   h as  b ee n   b en c h m ar k e d   in   r ev iew  s t u d ies  o f   n eu r al - b ased   o p tim izatio n   in   b ea m lin e   co m p o n en ts   [ 3 0 ] [ 3 1 ] .   T h ese  f i n d i n g s   a r b u ilt   u p o n   p r e v i o u s   r ese ar ch   i n   t h f ie ld .   Fo r   i n s t an ce ,   A h m a d i an n a m i n   et  a l .   [ 3 2 ]   d e m o n s tr ate d   t h c h al le n g es  o f   b al a n ci n g   b e am   e m it ta n c e   a n d   c u r r e n in   t h e r m i o n ic   s o u r ce s   u s i n g   s em i - an al y ti ca l   m et h o d s   s u c h   as   t h Va u g h an   a p p r o a ch ,   w h i ch   o u r   m o d el   a d d r ess es   w it h   a u t o m ate d ,   d at a - d r i v e n   p r e d ic ti o n s .   L i u   et   a l.   [ 3 3 ]   f o c u s e d   o n   b ea m   t r a n s p o r t t u n in g   u s i n g   s u r r o g ate - a u g m e n te d   o p t im i za ti o n   ( AS T R A   co m b i n e d   w it h   NSG A - I I ) ,   b u t   d i d   n o t   i n c o r p o r at i n j ec t o r - le v el   s u r r o g ate   d esi g n   f o r   ca th o d e   g eo m e tr y ,   a   g a p   o u r   w o r k   f i lls .   Si m il a r l y ,   Ka n e   et   a l.   [ 1 1 ]   ap p l ie d   n e u r al   n et w o r k s   t o   p r e d ic o u t p u b e am   p r o p e r ti es  f r o m   l ase r - p las m a   i n t er ac ti o n s   b u d i d   n o t   a d d r ess   in itia b ea m   q u al it y   p ar am ete r s   s u ch   as   p e r v e an ce ,   wh i ch   a r ce n t r al   t o   o u r   s t u d y .   B y   f o c u s i n g   o n   g e o m et r y - to - b e am   o u tp u t   m a p p i n g   at   t h e   g u n   s t ag e,   o u r   m et h o d   e x te n d s   s u r r o g ate   m o d eli n g   t o   e ar l ie r   a n d   m o r e   c r iti ca d es ig n   s ta g es   i n   t h e   a cc e ler at o r   c h ai n .       4.   CO NCLU SI O N   T h is   s tu d y   s u cc ess f u lly   ap p li ed   n eu r al  n etwo r k   s u r r o g ate  m o d el  to   p r ed ict  th p er f o r m an ce   o f   a   Pier ce - ty p elec tr o n   g u n   u s in g   d ata   g en e r ated   f r o m   C ST  Stu d io   Su ite  s im u latio n s .   T h s u r r o g ate  m o d el  ac cu r ately   p r ed icted   k e y   b ea m   p ar am eter s   n am ely   b ea m   cu r r en an d   p er v ea n ce   a n d   d em o n s tr ated   r ap id   co n v er g en ce   d u r in g   tr ain in g .   T h ese  r esu lts   in d icate   s tr o n g   g en er aliza tio n   p er f o r m an ce   a n d   co n f i r m   th at  d ata - d r iv en   m o d els  ca n   ca p tu r e   th e   ess en tial  p h y s ics  o f   elec tr o n   g u n   b eh av io r .   T h ap p r o ac h   s ig n if ican tly   r ed u ce d   th s im u latio n   tim r eq u ir e d   f o r   ea ch   d esig n   ev alu atio n ,   en ab lin g   r ea l - tim p ar am etr ic  ex p lo r atio n   a n d   ac ce ler atin g   th d esig n   iter at io n   p r o ce s s .   T h is   ca p ab ilit y   is   p ar ticu lar ly   v alu ab le  f o r   c o m p lex   ac ce ler ato r   s y s tem s ,   wh er co m p u tatio n a co s o f ten   b ec o m es  lim itin g   f ac to r .   Fu tu r e   d ir ec tio n s   o f   th is   wo r k   in cl u d e   ex p an d i n g   t h s u r r o g ate  m o d el  to war d   m u lti - o b jectiv e   o p t im izatio n ,   in teg r atin g   u n ce r ta in ty   q u an tific atio n ,   an d   in co r p o r atin g   th er m al  a n d   m ec h an ical  ef f ec ts   to   in cr ea s r o b u s tn ess .   T h ese  en h an ce m en ts   wo u ld   f u r th e r   s o lid if y   th r o le  o f   m ac h in e   l ea r n in g - b ased   s u r r o g ate  m o d e lin g   as  g en er aliza b le   an d   ef f icien s tr ateg y   f o r   d esig n in g   h ig h - p er f o r m a n ce   c o m p o n en ts   in   m o d er n   p ar ticle  ac ce ler ato r s .   Ov er all,   th is   m e th o d o lo g y   p r o v id es   p r o m is in g   to o f o r   im p r o v i n g   th s p ee d ,   f lex i b ilit y ,   an d   i n tellig en ce   o f   ac ce ler ato r   d esig n   wo r k f lo ws,  an d   h as st r o n g   p o ten tial f o r   b r o a d e r   ap p licatio n   in   h ig h - p r ec is io n   b ea m lin co m p o n e n t d ev el o p m en t.       ACK NO WL E DG M E N T S   T h au th o r s   wo u ld   lik to   e x p r ess   th eir   s in ce r g r atitu d e   to   Natio n al  R esear ch   an d   I n n o v atio n   Ag en cy   o r   B R I f o r   p r o v id in g   ed u ca tio n al  f u n d in g   f o r   t h au th o r s   M aster s   d eg r ee .       F UNDING   I NF O R M A T I O N   T h is   r esear ch   was  s u p p o r ted   b y   th R I I L PDP  Gr a n an d   B R I N,   g r an 2 7 2   n u m b er   B - 4 1 3 1 /I I . 7 . 5 /TK . 0 1 . 0 3 /0 2 /2 0 2 5   an d   B - 1 7 0 3 /I I I . 2 /TK . 0 1 . 0 3 / 1 /2 0 2 5 .   W also   ex ten d   o u r   g r atitu d to   t h R esear ch   C en ter   f o r   Acc eler at o r   T ec h n o lo g y   -   R esear ch   Or g an izatio n   f o r   Nu clea r   E n er g y .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Desig n   o f a   th ermio n ic  elec tr o n   g u n   o 6   MeV   lin a b u s in g   n eu r a l n etw o r b a s ed   …  ( E l in   N u r a in i )   485   AUTHO CO NT RI B UT I O NS ST A T E M E N T   T h is   jo u r n al   u s es  th C o n t r ib u to r   R o les  T a x o n o m y   ( C R ed iT)   to   r ec o g n ize   in d iv i d u al  au th o r   co n tr ib u tio n s ,   r ed u ce   au th o r s h ip   d is p u tes,  an d   f ac ilit ate  co llab o r atio n .     Na m o f   Aut ho r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   E lin   Nu r ain i                               Sih an a                               T au f ik                               Dar s o n o                               Saef u r r o ch m an                               R ajen d r Satr iy Utam a                                   C     C o n c e p t u a l i z a t i o n   M     M e t h o d o l o g y   So     So f t w a r e   Va     Va l i d a t i o n   Fo     Fo r mal   a n a l y s i s   I     I n v e s t i g a t i o n   R     R e so u r c e s   D   :   D a t a   C u r a t i o n   O   :   W r i t i n g   -   O r i g i n a l   D r a f t   E   :   W r i t i n g   -   R e v i e w   &   E d i t i n g   Vi     Vi su a l i z a t i o n   Su     Su p e r v i s i o n   P     P r o j e c t   a d mi n i st r a t i o n   Fu     Fu n d i n g   a c q u i si t i o n         RE F E R E NC E S   [ 1 ]   M .   A k e mo t o   e t   a l . ,   C o n s t r u c t i o n   a n d   c o m mi ss i o n i n g   o f   t h e   c o mp a c t   e n e r g y - r e c o v e r y   l i n a c   a t   K E K ,   N u c l e a r   I n s t ru m e n t a n d   Me t h o d i n   Ph y si c Re s e a r c h ,   S e c t i o n   A:   Ac c e l e r a t o rs,  S p e c t r o m e t e rs,  D e t e c t o r a n d   Asso c i a t e d   Eq u i p m e n t ,   v o l .   8 7 7 ,   p p .   1 9 7 2 1 9 ,   Ja n .   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . n i m a . 2 0 1 7 . 0 8 . 0 5 1 .   [ 2 ]   M .   A r n o l d   e t   a l . ,   F i r st   o p e r a t i o n   o f   t h e   su p e r c o n d u c t i n g   D a r ms t a d t   l i n e a r   e l e c t r o n   a c c e l e r a t o r   a a n   e n e r g y   r e c o v e r y   l i n a c ,   Ph y s i c a l   Re v i e w   Ac c e l e r a t o rs  a n d   Be a m s ,   v o l .   2 3 ,   n o .   2 ,   F e b .   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 3 / P h y sR e v A c c e l B e a ms . 2 3 . 0 2 0 1 0 1 .   [ 3 ]   L.   F a i l l a c e   e t   a l . ,   H i g h   f i e l d   h y b r i d   p h o t o i n j e c t o r   e l e c t r o n   so u r c e   f o r   a d v a n c e d   l i g h t   s o u r c e   a p p l i c a t i o n s,   Ph y s i c a l   Re v i e w   Ac c e l e r a t o rs   a n d   B e a m s ,   v o l .   2 5 ,   n o .   6 ,   J u n .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 3 / P h y s R e v A c c e l B e a ms . 2 5 . 0 6 3 4 0 1 .   [ 4 ]   P .   P e t r o v   a n d   M .   To n g o v ,   S t u d y   o f   t h e   c a t h o d e   e mi ss i v i t y   i n   g e n e r a t o r f o r   e l e c t r o n   b e a sy st e ms,”   O p t i k ,   v o l .   2 0 9 ,   M a y   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . i j l e o . 2 0 2 0 . 1 6 4 3 5 8 .   [ 5 ]   A .   K r a u z e ,   J.  V i r b u l i s,  a n d   A .   K r a v t s o v ,   M o d e l i n g   e l e c t r o n   b e a m   p a r a me t e r a n d   p l a sma  i n t e r f a c e   p o si t i o n   i n   a n   a n o d e   p l a sma   e l e c t r o n   g u n   w i t h   h y d r o g e n   a t mo s p h e r e ,   i n   I O C o n f e re n c e   S e ri e s:   Ma t e r i a l S c i e n c e   a n d   E n g i n e e r i n g ,   M a y   2 0 1 8 ,   v o l .   3 5 5 ,   n o .   1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 8 8 / 1 7 5 7 - 8 9 9 X / 3 5 5 / 1 / 0 1 2 0 0 8 .   [ 6 ]   C .   S a i s a - a r d ,   J .   S a i s u t ,   a n d   S .   R i mj a e m,  E l e c t r o n   b e a m   d y n a m i c s   i n   t h e   3 D   ma g n e t i c   f i e l d   o f   a l p h a   m a g n e t   a t   t h e   P B P - C M U   El e c t r o n   Li n a c   La b o r a t o r y ,   N u c l e a r   I n s t ru m e n t a n d   M e t h o d s   i n   Ph y si c Re s e a r c h ,   S e c t i o n   A:   A c c e l e ra t o rs,   S p e c t r o m e t e rs,   D e t e c t o rs  a n d   Ass o c i a t e d   E q u i p m e n t ,   v o l .   9 1 6 ,   p p .   1 0 2 1 1 5 ,   F e b .   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . n i m a . 2 0 1 8 . 1 1 . 0 3 4 .   [ 7 ]   G .   U .   I sl a m,  A .   R e h ma n ,   M .   I q b a l ,   a n d   Z .   Z h o u ,   S i mu l a t i o n   a n d   t e st   o f   a   t h e r mi o i c   h a i r p i n   so u r c e   D C   e l e c t r o n   b e a g u n ,   O p t i k v o l .   1 2 7 ,   n o .   4 ,   p p .   1 9 0 5 1 9 0 8 ,   F e b .   2 0 1 6 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . i j l e o . 2 0 1 5 . 1 1 . 1 3 2 .   [ 8 ]   J.  V i l l a r r e a l ,   D .   W i n k l e h n e r ,   D .   K o s e r ,   a n d   J.  M .   C o n r a d ,   N e u r a l   n e t w o r k a e f f e c t i v e   s u r r o g a t e   m o d e l o f   r a d i o - f r e q u e n c y   q u a d r u p o l e   p a r t i c l e   a c c e l e r a t o r   s i m u l a t i o n s,   Ma c h i n e   L e a r n i n g :   S c i e n c e   a n d   T e c h n o l o g y ,   v o l .   5 ,   n o .   2 ,   Ju n .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 8 8 / 2 6 3 2 - 2 1 5 3 / a d 3 a 3 0 .   [ 9 ]   C .   G a r c i a - C a r d o n a   a n d   A .   S c h e i n k e r ,   M a c h i n e   l e a r n i n g   s u r r o g a t e   f o r   c h a r g e d   p a r t i c l e   b e a m   d y n a m i c s   w i t h   s p a c e   c h a r g e   b a s e d   o n   a   r e c u r r e n t   n e u r a l   n e t w o r k   w i t h   a l e a t o r i c   u n c e r t a i n t y ,   P h y si c a l   Re v i e w   Ac c e l e r a t o rs  a n d   Be a m s ,   v o l .   2 7 ,   n o .   2 ,   F e b .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 3 / P h y s R e v A c c e l B e a ms. 2 7 . 0 2 4 6 0 1 .   [ 1 0 ]   C .   K .   H u a n g   e t   a l . ,   S y m p l e c t i c   n e u r a l   s u r r o g a t e   m o d e l f o r   b e a d y n a m i c s,   i n   J o u rn a l   o f   P h y s i c s:   C o n f e re n c e   S e ri e s ,   2 0 2 4 ,   v o l .   2 6 8 7 ,   n o .   6 ,   d o i :   1 0 . 1 0 8 8 / 1 7 4 2 - 6 5 9 6 / 2 6 8 7 / 6 / 0 6 2 0 2 6 .   [ 1 1 ]   G .   K a n e   e t   a l . ,   S u r r o g a t e   m o d e l s   st u d i e s   f o r   l a ser - p l a sma  a c c e l e r a t o r   e l e c t r o n   s o u r c e   d e si g n   t h r o u g h   n u m e r i c a l   o p t i mi s a t i o n ,   2 0 2 4 .   [ 1 2 ]   J.  K a i s e r ,   C .   X u ,   A .   E i c h l e r ,   a n d   A .   S a n t a m a r i a   G a r c i a ,   B r i d g i n g   t h e   g a p   b e t w e e n   mac h i n e   l e a r n i n g   a n d   p a r t i c l e   a c c e l e r a t o r   p h y s i c w i t h   h i g h - sp e e d ,   d i f f e r e n t i a b l e   s i m u l a t i o n s,   P h y si c a l   R e v i e w   A c c e l e r a t o rs   a n d   B e a m s ,   v o l .   2 7 ,   n o .   5 ,   M a y   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 3 / P h y s R e v A c c e l B e a ms. 2 7 . 0 5 4 6 0 1 .   [ 1 3 ]   A. - K .   S .   O .   H a ssa n ,   H .   L.   A b d e l - M a l e k ,   A .   S .   A .   M o h a me d ,   T .   M .   A b u e l f a d l ,   a n d   A .   E.   E l q e n a w y ,   R F   c a v i t y   d e si g n   e x p l o i t i n g   a   n e w   d e r i v a t i v e - f r e e   t r u s t   r e g i o n   o p t i m i z a t i o n   a p p r o a c h ,   J o u r n a l   o f   A d v a n c e d   Re s e a r c h ,   v o l .   6 ,   p p .   9 1 5 9 2 4 ,   2 0 1 5 .   [ 1 4 ]   B .   M u st a p h a ,   J.   M a r t i n e z ,   B .   B l o m b e r g ,   C .   P e t e r s,  a n d   C .   D i c k e r s o n ,   A I - M d e v e l o p m e n t   f o r   t h e   A TLA S   i o n   l i n a c   f a c i l i t y ,   Pro c e e d i n g o f   I PAC 2 0 2 1 ,   p p .   4 1 2 2 4 1 2 5 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 8 4 2 9 / JA C o W - I P A C 2 0 2 1 - TH P A B 1 8 1 .   [ 1 5 ]   L.   M e i   e t   a l . ,   A u t o ma t i o n   o f   su p e r c o n d u c t i n g   c a v i t y   c o o l d o w n   p r o c e ss   u si n g   t w o - l a y e r   s u r r o g a t e   mo d e l   a n d   mo d e l   p r e d i c t i v e   c o n t r o l   me t h o d ,   C r y o g e n i c s ,   v o l .   1 3 9 ,   p .   1 0 3 8 2 4 ,   2 0 2 4 .   [ 1 6 ]   J.  S t .   Jo h n   e t   a l . ,   R e a l - t i me  a r t i f i c i a l   i n t e l l i g e n c e   f o r   a c c e l e r a t o r   c o n t r o l :   A   st u d y   a t   t h e   F e r m i l a b   B o o st e r ,   Ph y s i c a l   Re v i e w   Ac c e l e r a t o rs   a n d   B e a m s ,   v o l .   2 4 ,   n o .   1 0 ,   O c t .   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 3 / P h y s R e v A c c e l B e a ms. 2 4 . 1 0 4 6 0 1 .   [ 1 7 ]   L.   G u p t a ,   A .   E d e l e n ,   N .   N e v e u ,   A .   M i s h r a ,   C .   M a y e s,   a n d   Y .   K .   K i m ,   I mp r o v i n g   s u r r o g a t e   m o d e l   a c c u r a c y   f o r   t h e   L C LS - II  i n j e c t o r   f r o n t e n d   u s i n g   c o n v o l u t i o n a l   n e u r a l   n e t w o r k a n d   t r a n sf e r   l e a r n i n g ,   M a c h i n e   L e a r n i n g :   S c i e n c e   a n d   T e c h n o l o g y ,   v o l .   2 ,   n o .   4 ,   D e c .   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 8 8 / 2 6 3 2 - 2 1 5 3 / a c 2 7 f f .   [ 1 8 ]   D .   M e i e r ,   L.   V .   R a m i r e z ,   J .   V ö l k e r ,   B .   S i c k ,   J.   V i e f h a u s,   a n d   G .   H a r t m a n n ,   O p t i mi z i n g   a   su p e r c o n d u c t i n g   r a d i o f r e q u e n c y   g u n   u si n g   d e e p   r e i n f o r c e m e n t   l e a r n i n g ,   P h y s i c a l   R e v i e w   A c c e l e ra t o r   a n d   Be a m s ,   v o l .   2 5 ,   p .   1 0 4 6 0 4 ,   M a r .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 3 / P h y s R e v A c c e l B e a ms. 2 5 . 1 0 4 6 0 4 .   [ 1 9 ]   K .   El l i s ,   N .   B a n e r j e e ,   a n d   C .   P i e r c e ,   M o d e l i n g   a   t h e r m i o n i c   e l e c t r o n   s o u r c e   u s i n g   a   p h y s i c s - i n f o r me d   n e u r a l   n e t w o r k ,   2 0 2 3 .   [ 2 0 ]   C .   S a i sa - a r d   a n d   S .   R i m j a e m,  D e si g n   a n d   b e a d y n a mi c   si m u l a t i o n   o f   t h e   t h e r mi o n i c   R F   e l e c t r o n   g u n   w i t h   e x t e r n a l   r e so n a n t   c a v i t y   f o r   t r a n sv e r se  e mi t t a n c e   r e d u c t i o n ,   N u c l e a I n s t ru m e n t a n d   M e t h o d i n   P h y si c R e se a rc h ,   S e c t i o n   A:   Ac c e l e r a t o rs ,   S p e c t ro m e t e rs,  D e t e c t o rs  a n d   Ass o c i a t e d   E q u i p m e n t ,   v o l .   9 4 0 ,   p p .   2 4 3 2 5 3 ,   O c t .   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . n i ma. 2 0 1 9 . 0 6 . 0 3 5 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   1 Feb r u ar y   20 2 6 :   4 7 7 - 487   486   [ 2 1 ]   S .   V   La n g e l l o t t i ,   N .   M .   J o r d a n ,   Y .   Y .   La u ,   a n d   R .   M .   G i l g e n b a c h ,   C S p a r t i c l e   s t u d i o   s i m u l a t i o n o f   c o a x i a l   mu l t i p a c t o r   a n d   c o m p a r i so n   w i t h   e x p e r i me n t s,   I E EE  T ra n s a c t i o n o n   Pl a sm a   S c i e n c e ,   v o l .   4 8 ,   n o .   6 ,   p p .   1 9 4 2 1 9 4 9 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TPS . 2 0 2 0 . 2 9 8 1 2 5 7 .   [ 2 2 ]   A .   F .   A g a r a p ,   D e e p   l e a r n i n g   u s i n g   r e c t i f i e d   l i n e a r   u n i t s ( R e LU ) ,   a rXi v   p r e p r i n t   a rX i v : 1 8 0 3 . 0 8 3 7 5 ,   p p .   2 8 ,   2 0 1 9 .   [ 2 3 ]   I .   K .   M .   Ja i s,   A .   R .   I smai l ,   a n d   S .   Q .   N i sa ,   A d a o p t i mi z a t i o n   a l g o r i t h f o r   w i d e   a n d   d e e p   n e u r a l   n e t w o r k ,   K n o w l e d g e   En g i n e e ri n g   a n d   D a t a   S c i e n c e ,   v o l .   2 ,   n o .   1 ,   p p .   4 1 4 6 ,   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 7 9 7 7 / u m 0 1 8 v 2 i 1 2 0 1 9 p 4 1 - 4 6 .   [ 2 4 ]   J.  S t r a u b ,   M a c h i n e   l e a r n i n g   p e r f o r m a n c e   v a l i d a t i o n   a n d   t r a i n i n g   u s i n g   a   p e r f e c t   e x p e r t   s y s t e m,’   Me t h o d sX ,   v o l .   8 ,   p .   1 0 1 4 7 7 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . me x . 2 0 2 1 . 1 0 1 4 7 7 .   [ 2 5 ]   A .   P .   H e mm a si a n ,   F .   O g o k e ,   P .   A k b a r i ,   J .   M a l e n ,   J.   B e u t h ,   a n d   A .   B a r a t i   F a r i ma n i ,   S u r r o g a t e   m o d e l i n g   o f   m e l t   p o o l   t e m p e r a t u r f i e l d   u si n g   d e e p   l e a r n i n g ,   A d d i t i v e   M a n u f a c t u ri n g   L e t t e rs ,   v o l .   5 ,   p .   1 0 0 1 2 3 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . a d d l e t . 2 0 2 3 . 1 0 0 1 2 3 .   [ 2 6 ]   P .   G h a f a r i a s l   e t   a l . ,   N e u r a l   n e t w o r k - b a se d   s u r r o g a t e   m o d e l i n g   a n d   o p t i m i z a t i o n   o f   a   m u l t i g e n e r a t i o n   s y st e m,”   Ap p l i e d   E n e r g y v o l .   3 6 4 ,   p .   1 2 3 1 3 0 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . a p e n e r g y . 2 0 2 4 . 1 2 3 1 3 0 .   [ 2 7 ]   D .   S t u r e k   a n d   S .   L a z a r o v a - M o l n a r ,   S u r r o g a t e   m o d e l i n g :   r e v i e w   a n d   o p p o r t u n i t i e f o r   e x p e r t ,   Pr o c e d i a   C o m p u t e S c i e n c e ,   v o l .   2 5 7 ,   p p .   8 2 6 8 3 3 ,   2 0 2 5 .   [ 2 8 ]   A .   I .   J.   F o r r e st e r ,   A .   S ó b e st e r ,   a n d   A .   J.   K e a n e ,   E n g i n e e r i n g   d e s i g n   v i a   su rro g a t e   m o d e l l i n g :   A   p ra c t i c a l   g u i d e ,   1 s t   e d .   W e s t   S u sse x :   Jo h n   W i l e y   & So n Lt d . ,   2 0 0 8 .   [ 2 9 ]   M .   M .   N a sr ,   W .   A m e e n ,   A .   D a b w a n ,   a n d   A .   A l - A h mar i ,   M a c h i n e   l e a r n i n g - b a se d   m u l t i - o b j e c t i v e   o p t i mi z a t i o n   f o r   e n h a n c i n g   t h e   p e r f o r m a n c e   o f   b l o c k   su p p o r t   st r u c t u r e f o r   e l e c t r o n   b e a a d d i t i v e   m a n u f a c t u r i n g ,   Me t a l s ,   v o l .   1 5 ,   n o .   6 ,   p p .   1 2 5 ,   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / me t 1 5 0 6 0 6 7 1 .   [ 3 0 ]   I .   K a n t e ,   M a c h i n e   l e a r n i n g   f o r   b e a ml i n e   st e e r i n g ,   a rXi v   p re p ri n t   a rXi v : 2 3 1 1 . 0 7 5 1 9 ,   p p .   1 9 ,   2 0 2 3 .   [ 3 1 ]   J.  W a n ,   P .   C h u ,   a n d   Y .   J i a o ,   N e u r a l   n e t w o r k - b a se d   m u l t i o b j e c t i v e   o p t i m i z a t i o n   a l g o r i t h f o r   n o n l i n e a r   b e a d y n a m i c s,   Ph y s i c a l   Re v i e w   Ac c e l e r a t o rs  a n d   Be a m s ,   v o l .   2 3 ,   n o .   8 ,   p .   8 1 6 0 1 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 3 / P h y s R e v A c c e l B e a ms. 2 3 . 0 8 1 6 0 1 .   [ 3 2 ]   S .   A h ma d i a n n a mi n ,   F .   A .   D a v a n i ,   R .   G h a d e r i ,   F .   G h a se mi ,   M .   L.   R a c h t i ,   a n d   S .   Za r e i ,   S i m u l a t i o n   s t u d y   o f   e l e c t r o n   g u n   f o r   si x   M e V   L i n a c   f o r   X - r a y   c a r g o   i n sp e c t i o n ,   I PAC   2 0 1 4 :   Pr o c e e d i n g o f   t h e   5 t h   I n t e rn a t i o n a l   Pa rt i c l e   A c c e l e r a t o C o n f e re n c e ,   p p .   3 8 4 7 3 8 4 9 ,   2 0 1 4 ,   d o i :   1 0 . 1 8 4 2 9 / JA C o W - I P A C 2 0 1 4 - TH P R I 0 3 8 .   [ 3 3 ]   L.   Li u   e t   a l . ,   S i m u l a t i o n   st u d y   o f   h i g h - q u a l i t y   e l e c t r o n   b e a i n j e c t o r   f o r   e x t e r n a l   i n j e c t i o n   o f   l a s e r   p l a sma  w a k e f i e l d   a c c e l e r a t i o n ,   N u c l e a r   E n g i n e e r i n g   a n d   T e c h n o l o g y ,   v o l .   5 7 ,   n o .   7 ,   p .   1 0 3 5 3 1 ,   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . n e t . 2 0 2 5 . 1 0 3 5 3 1 .       B I O G RAP H I E S O F   AUTH O RS       Eli n   Nura in         g ra d u a ted   f o u n d e rg ra d u a te  p ro g ra m   in   P h y sic   fro m   1 0   No v e m b e In sti tu te  o Tec h n o l o g y ,   I n d o n e sia ,   i n   1 9 9 0 .   Cu rre n tl y ,   sh e   is  a   S e n i o re se a rc h e r   a th e   Re se a rc h   Ce n ter  fo Ac c e lera to Tec h n o l o g y ,   Re se a rc h   Org a n iza ti o n   fo N u c lea Tec h n o l o g y ,   Na ti o n a Re se a rc h   a n d   In n o v a ti o n   Ag e n c y   (BRIN).   S h e   is  a lso   stu d y in g   a t   De p a rtme n o Nu c lea En g i n e e rin g   a n d   E n g in e e rin g   P h y sic s,   F a c u lt y   o E n g i n e e rin g Un iv e rsitas   G a d jah   M a d a ,   Yo g y a k a rta,  In d o n e sia .   He re se a rc h   in t e re sts  in c lu d e   a c c e lera to tec h n o l o g y   a n d   a p p li c a ti o n .   S h e   c a n   b e   c o n tac ted   a e m a il e li n 0 0 1 @b rin . g o . id .         S ih a n a           g ra d u a ted   f o u n d e rg ra d u a te  p ro g ra m   i n   n u c lea e n g i n e e rin g   fro m   Un iv e rsitas   G a d jah   M a d a ,   Yo g y a k a rta,  In d o n e sia ,   i n   1 9 9 0 .   He   h a g ra d u a ted   f o G ra d u a te   p ro g ra m   a In stit u o En e rg y   E n g in e e rin g ,   Tec h n ica Un iv e rsit y ,   Be rli n ,   G e rm a n y   in   1 9 9 3 .   He   re c e iv e d   th e   P h . D.   d e g re e   in   F a k u lt a e f u e P ro z e ss wiss e n sc h a ften   (F a c u lt y   o P r o c e ss   S c ien c e ),   In stit u e f u e E n e rg iete c h n ik   (In stit u t   o En e rg y   En g in e e rin g ),   Tec h n ica l   Un iv e rsity   Be rli n ,   G e rm a n y   i n   2 0 0 0 .   Cu rre n tl y ,   h e   is   a   Lec tu r e a t h e   De p a rtme n o f   Nu c lea En g in e e rin g   a n d   En g in e e rin g   P h y sic s,  F a c u l ty   o f   E n g i n e e rin g ,   Un i v e rsitas   G a d jah   M a d a ,   Yo g y a k a rta,  In d o n e sia .   Hi re se a rc h   in tere sts  in c lu d e   a n a ly sis  o sa fe ty ,   se c u rit y   a n d   sa fe g u a rd   fo r   n u c lea sy ste m .   He   c a n   b e   c o n tac ted   a e m a il sih a n a @u g m . a c . id .         Ta u fik           g ra d u a ted   f o u n d e rg ra d u a te  p r o g ra m   in   P h y sic fr o m   Un iv e rsitas   P a d jaja ra n ,   Ba n d u n g ,   I n d o n e sia ,   in   2 0 0 4 .   He   h a g ra d u a ted   f o G ra d u a te  P ro g ra m   a De p a rtme n o P h y sic s,  Un i v e r sitas   G a d jah   M a d a ,   Yo g y a k a rta ,   In d o n e sia   in   2 0 1 3   a n d   re c e iv e d   th e   P h . D.   d e g re e   in   S o k e n d a i,   Tsu k u b a ,   Ja p a n   i n   2 0 1 9 .   Cu rre n t ly ,   h e   is  a   s e n i o r   re se a rc h e a th e   Re se a r c h   Ce n t e fo Ac c e lera to Tec h n o l o g y ,   Re se a rc h   Org a n iza ti o n   f o r   Nu c lea Tec h n o lo g y ,   Na ti o n a Re se a rc h   a n d   In n o v a ti o n   Ag e n c y   (BRIN).  His  re se a r c h   in tere sts in c lu d e   a c c e lera to r   sc ien c e .   He   c a n   b e   c o n tac ted   a e m a il tau f0 0 9 @b ri n . g o . id .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.