强激光与粒子束
2022, 34(6): 063005
开展了具有同轴波纹渐变式反射器与光滑漂移段结构的相对论绕射辐射振荡器的研究, 并运用全三维粒子模拟软件CHIPIC对其进行数值模拟仿真, 分析了漂移段、反射器等结构对输出功率的影响, 探讨了反射器位置和输出功率的关系。仿真结果表明: 合适的漂移段与反射器的引入, 能大大提高输出功率。优化结构参数, 在输入电压480 kV下, 平均输出功率达到774.5 MW, 平均功率效率为32.3%。
全三维粒子模拟 相对论绕射辐射振荡器 漂移段 反射器 输出功率 full three-dimensional particle simulation relativistic diffraction generator drift segments reflector output power 强激光与粒子束
2014, 26(8): 083007
基于trade-off平衡方程组得到35 GHz双阳极磁控注入式电子枪的初始参数，通过编程对其主要参数进行优化设计，并经由自主研发的PIC粒子模拟软件CHIPIC中的电子枪计算模块对其进行全三维的数值模拟研究，最终获得了具有横纵速度比为1.5，最大速度零散约为5.4%的高性能电子枪，能够很好地满足35 GHz-100 kW回旋振荡管对电子束的要求。
trade-off平衡方程组 双阳极磁控注入式电子枪 全三维的数值模拟 横纵速度比 速度零散 trade-off equations double anode magnetron injection gun 3D numerical simulation ratio of transverse velocity to axial velocity velocity spread 强激光与粒子束
2014, 26(1): 013001
1 电子科技大学 物理电子学院, 成都 610054
2 中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
在模拟直线感应加速器电子束输运过程中，为了正确设置注入器电子束参数，以注发射模型为基础，研发了可设置发射度、能散和电子束倾斜的多功能发射模型。理论研究了发射度、能散以及电子束倾斜角度，并将这些理论实现到发射模块上。建模对多功能发射模块进行测试，比较设定的电子束参数与模拟测定的电子束参数。通过比较，观测到设定电子束参数与模拟测定值一致，验证了多功能模块开发的正确性。
直线感应加速器 粒子模拟 发射度 速度能散 发射倾斜 linear induction accelerator particle in cell emittance velocity spread beam tilt 强激光与粒子束
2013, 25(11): 2976
为了更好地实现对大尺度器件的模拟, 以及更系统地验证和解决高功率微波系统在设计和实验中负载变化等影响, 在进一步深入研究电磁PIC并行算法的基础上, 运用MPI消息传递函数做出了改进。提出了一种整体建模、分段解析的并行算法, 并从并行时序算法入手, 通过减少一次同步提高了计算的效率。最后经过一个磁绝缘线振荡器进行验证, 改进的算法正确, 并且当计算进程数4个增加到16个时, 计算速度能提高2.5倍左右。
电磁PIC方法 连接体 并行算法 磁绝缘线振荡器 electromagnetic particle-in-cell algorithm connector parallel algorithm magnetically insulated line oscillator
针对普通并行算法的缺点，给出了连接体与分段建模的基本理论，提出了一种基于分段建模、系统整体模拟的并行电磁模拟计算方法，基于FDTD-PIC方法和消息传递机制在CHIPIC软件中实现了这一算法。并通过一个磁绝线振荡器加天线的简单系统验证了分段建模和解析的正确性，并通过对其的模拟和调试得到了天线系统输出的最大的功率6.2 GW，证实了此算法的可行性。
FDTD-PIC算法 系统模拟 连接体 并行算法 finite-difference time-domain and particle-in-cell system simulation connector parallel algorithm 强激光与粒子束
2012, 24(10): 2420
介绍了磁绝缘传输线的阻抗大小、传输电压及电流大小对其产生的空间电子流大小及阴极电子鞘层厚度的影响。运用CHIPIC软件建立四层圆盘锥形磁绝缘传输线A层的近似化三维模型进行模拟，对比理论计算值与模拟值，并与相关文献的二维模拟结果进行对照，验证三维模拟的正确性。最后，模拟研究了圆盘锥形磁绝缘传输线阴阳极之间的间距变化对传输效率的影响。
磁绝缘传输线 传输线阻抗 圆盘锥 电子流 三维模拟 magnetically insulated transmission line impedance of transmission line disc cone electron flow three-dimensional simulation
为了能够使大型机和高性能集群得到更好的加速比和并行计算效率，在深入研究并行和FDTD-PIC算法的基础上，在CHIPIC软件平台上开发了Linux系统下的大型全三维可并行电磁PIC代码。分别以一个磁绝缘线振荡器、回旋管和相对论速调管为例进行测试和计算，得到了3.70,6.72和6.00的加速比，验证了在同等的进程数下，高性能集群能够得到比PC机群高得多的加速比和计算效率，能够更好地利用计算资源。
高性能集群 并行计算 加速比 Linux系统 high-performance clusters parallel computing speedup Linux system
理论分析了平行板、同轴、共心同轴圆锥3种典型传输线，运用磁通量守恒求解了初始电流的解析表达式，利用电荷守恒求解了初始电压的解析表达式，在此基础上定量计算了一定初始电流、初始电压下形成的稳态磁绝缘电流、阴极电流与电压，并采用粒子模拟软件对其进行2维数值模拟，模拟结果与理论值吻合较好。
磁绝缘 磁绝缘形成过程 磁通量守恒 电荷守恒 magnetic insulation formation process of magnetic insulation conservation of magnetic flux conservation of charge
探讨了电子撞击金属表面产生二次电子的理论，介绍了二次电子发射系数、非弹性背散射电子能量分布等重要物理参数的计算式。根据相关的理论及公式，编写了三维PIC数值模拟程序的二次发射模块,建立相应的数值模型进行模拟。模拟所得的二次电子发射系数及非弹性背散射电子的能量分布等主要参数与理论值一致，验证了模拟过程的正确性。
二次电子发射 发射系数 三维PIC数值模拟 能量分布 secondary emission emission coefficient three-dimensional PIC numerical simulation energy distribution
