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
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
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
根据94 GHz回旋振荡管对电子束的需求，在理论分析电子枪工作原理的基础上通过大量编程对94 GHz单阳极磁控注入式电子枪的一系列参数进行了初始设计,基于粒子模拟软件CHIPIC开发了专门针对磁控注入式电子枪的计算模块并对其进行了数值模拟。模拟结果显示：该枪的电子束横纵速度比为1.42、速度零散为4.6%，符合回旋振荡管对电子注的要求。
回旋振荡管 磁控注入式电子枪 横纵速度比 速度零散 gyrotron oscillator magnetron injection gun transverse to axial velocity ratio velocity spread
分析了场致发射的物理机理，在3维Yee网格模型的基础上导出并实现了场致发射的发射条件，并引入Pade网格算法加密尖端网格。以一个楔形阴极场致发射模型为例得到了场致发射的伏安特性曲线，并且在高电压时得到了3/2次方的空间电荷限制流。同时为了解决粒子数与网格的巨大引起的计算量大的问题，引入了消息传递机制并行算法，得到3.0以上的并行加速比。
场致发射 楔形阴极 PIC模拟 Yee网格 field emission wedge-shaped cathode PIC simulation Yee grid
为了准确计算空间电荷效应,从库仑定律和电流连续性方程出发，通过求解带电粒子群在空间某点产生的电场，再考虑到一系列合理的近似，最后得到了轴对称圆柱导体构形的空间电荷限制流的2维一级近似公式,结果显示,对于有限平面的电荷限制流大于经典1维限制流。
空间电荷定律 空间电荷限制流 库仑定律 高斯定理 Child-Langmuir law space-charge-limited current Coulomb’s law Gauss theorem
在3维Yee网格和蛙跳模型上建立了一种合理的描述阳极栅网中电子散射过程的物理模型，在经典碰撞理论基础上推导了散射角和动量公式,并运用蒙特卡罗法模拟了高斯分布电子束在径向虚阴极情景下的阳极栅网散射过程。模拟结果出现了明显的虚阴极现象，平均功率0.60 GW，虚阴极效率4.5%，微波主频4.7 GHz，主模是TM 01模。这些参数与文献模拟的数据基本符合，证明了虚阴极中阳极栅网数值模拟实现的正确性。
粒子模拟 蒙特卡罗法 阳极栅网 同轴虚阴极 particle-in-cell simulation Monte-Carlo method anode grid coaxial virtual cathode oscillator
