强激光与粒子束
2024, 36(4): 043024
强激光与粒子束
2023, 35(5): 053005
强激光与粒子束
2021, 33(12): 123018
强激光与粒子束
2021, 33(7): 073001
北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100094
应用准第一性原理的PIC程序对系统电磁脉冲(SGEMP)一维边界层进行数值模拟,研究无限大介质板发射单一能量为2 keV、发射率为3.3×1020 m-2·s-1的光电子,发射角分布为余弦角分布,且平板上留下等量正电荷时的SGEMP效应,得出稳态后电子所能到达的最大距离约在5.8~7.5 cm之间振荡;发射表面z=0处的电荷密度在(6.0~9.0)×10-6 C/m3之间振荡;表面电场值在50~55 kV/m之间振荡;边界层达到准稳态的时间约为14.0 ns。将稳态模拟结果和理论估算结果进行对比,模拟结果较理论结果更加准确、形象地反映出SGEMP一维边界层的形成过程及稳态结构。
光电子 系统电磁脉冲 一维边界层 全电磁粒子模拟方法 photoelectron system generated electromagnetic pulse one-dimensional boundary layer PIC code 强激光与粒子束
2018, 30(1): 013004
为深入研究具有复杂角分布和能谱分布的系统电磁脉冲(SGEMP)的规律和特性,利用三维全电磁粒子模拟(PIC)程序,并添加相应功能模块——用蒙特卡洛方法实现电子发射的余弦角分布和指数能谱分布。模拟计算光电子由圆柱端面向外发射引起的SGEMP 模型,选取2 组X射线数据进行计算,并与文献估算结果进行对比。2 次计算所得结果量级都与文献结果一致,说明本程序可用于深入研究各种SGEMP 问题,为抗核加固和SGEMP 效应研究提供基础数据。
全电磁粒子模拟(PIC)程序 系统电磁脉冲 角分布 抗核加固 Particle In Cell code System Generated Electromagnetic Pulse angular distribution nuclear hardening 太赫兹科学与电子信息学报
2016, 14(5): 742
1 中国工程物理研究院北京应用物理与计算数学研究所,北京 100094
2 中国工程物理研究院高性能数值模拟软件中心,北京 100088
介绍了一种粒子沿折线 (zigzag-line)运动的守恒型 PIC算法在自编三维全电磁粒子模拟大规模并行程序 NEPTUNE3D中的实现与应用情况。相对于经典 PIC算法,该算法不需要修正电场,可以避免大型矩阵求逆问题,使得程序鲁棒性更高; 相对其他守恒型算法,该算法不需判断语句,代码执行效率更高,更适合大规模并行计算环境。通过与经典 PIC算法对比,给出采用 zigzag-line守恒型 PIC算法的 NEPTUNE3D程序对磁绝缘线振荡器天线一体化模型与太赫兹折叠波导行波管 2个实际算例的验证测试结果、应用效果,结果表明: zigzag-line守恒型 PIC算法模拟结果正确可靠,相对经典 PIC算法,大大缩短了计算时间,显著提升了器件模拟设计效率。
高功率微波 全电磁粒子模拟 束波互作用 电荷守恒型算法 大规模并行计算 high power microwave fully electromagnetic Particle -In-Cell simulation beam -waveinteraction charge -conservation method large -scale parallel computation 太赫兹科学与电子信息学报
2016, 14(4): 574
1 中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳621900
2 西南科技大学 国防科技学院, 四川 绵阳 621010
采用自主研发的三维粒子模拟软件对三腔介质壁加速器进行系统仿真,在此基础上,计算三个腔质子的渡越时间并实现腔体间的时序优化设计。外加电压峰值100 kV,顶宽1 ns,半高宽10 ns,绝缘微堆厚度2.0 cm,质子初始束能40 keV,加速电极添加钨网,模拟结果显示: 当电压持续6.5 ns时, 进入高梯度绝缘微堆的H+通过第一腔能得到最大加速效率90.84%,相应的渡越时间为5.668 ns; 当第二腔电压触发落后第一腔4.5 ns时, H+通过第二腔获得最大加速效率94.77%,相应的渡越时间为3.545 ns; 当第三腔电压触发落后第二腔3.0 ns时, H+通过第三腔获得最大加速效率97.30%,相应的渡越时间为3.018 ns; 最大能量H+渡越三个腔体的总时间为12.231 ns,H+总体加速效率94.31%; 当质子束中心进入第一腔时刻落后脉冲电压触发6.5 ns,且一二腔和二三腔电压触发延时分别为4.5 ns和3.0 ns情形下,能将2.5 ns长度的质子束中的H+实现90%以上的加速,4.0 ns长度的质子束中的H+实现80%以上的加速。
三腔介质壁加速器 电磁粒子模拟 延时优化 加速效率 three cavities dielectric wall proton accelerator electromagnetism particle-in-cell simulation timing optimization acceleration efficiency 强激光与粒子束
2016, 28(4): 045105
北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100094
阴极释气电离产生的击穿现象是限制磁绝缘线振荡器(MILO)工作性能的一个可能因素,也是限制其重频运行的主要障碍。利用三维全电磁粒子模拟程序对高功率微波器件MILO中阴极释气电离现象的物理建模技术以及实现三维自洽运算所需的粒子模拟技术进行了分析研究。对不同相对释气率的情况进行了模拟计算,模拟计算结果表明,当释气率超过一定阈值时,电离导致的等离子体会使微波输出功率迅速下降。
磁绝缘线振动器 释气 电子碰撞激发 电离 全电磁粒子模拟程序 magnetically insulated transmission line oscillato outgassing electron impact excitation ionization PIC code 强激光与粒子束
2016, 28(3): 033023
1 西北核技术研究所, 西安 710024
2 西安交通大学 电信学院, 西安 710049
给出了满足电荷守恒的共形发射技术。首先阴极表面由三角网格共形描述,发射带电粒子时,根据电荷和电流线性分配方式和离散高斯定律,带电粒子的初始位置设置在与三角面元处于同一个网格元胞内,离三角面元最近且处于金属内部的网格点上。带电粒子的初始运动由两部分组成:一是由三角面上的法向场推进所产生的运动;二是使发射粒子在阴极面上分布呈随机性而设定的随机运动。运动产生的电流按照电荷守恒定律分配到离散网格中,并且由于粒子的初始位置设置在整网格点上,带电粒子的共形发射不会产生非物理的静电累加。最后通过同轴二极管模型来验证共形发射模型的正确性。
电荷守恒 共形发射 全电磁粒子模拟 时域有限差分 Delaunay三角网格剖分 charge conserving conformal emission electromagnetic particle-in-cell simulation conformal finite-difference time-domain Delaunay triangulation 强激光与粒子束
2016, 28(3): 033020