140GHz回旋振荡管谐振腔的并行三维粒子模拟研究

来源 :电子科技大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:jin_sarah
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
从二次世界大战出现的用于雷达的磁控管,再到后来用于科学实验的粒子加速器,真空器件得到了长足的发展,如用于通信的行波放大器件,用于波加热的振荡器件等。用于ITER计划的等离子体波加热的回旋振荡管一直是研究热点,回旋管在设计的时候需要依靠自洽非线性理论和从第一原理性出发的粒子模拟方法。从上世纪七十年代开始,PIC技术的数学框架基本确立,但是随着应用领域的发展,粒子模拟技术为了适应不同情况下的仿真,不断的完善发展。粒子模拟是在知道一定的物理作用机制下,对相应的物理问题进行建模,运用计算机技术,对于一些非线性方程进行求解和演化,其中方程的自洽,方程的解的收敛,方程的简化或者优化,都是难点,尤其是数值计算会带来一些异常情况,比如数值发散,数值异常振荡,数值噪声等。所以又要求我们引入数值方法改进,比如一些数值滤波等,才能得到理想的结果。粒子模拟方法的的出现,使回旋管计算相对于经典半解析半数值的方法,更加接近于真实物理情况。而比较通用的粒子模拟软件有MAGIC,KARAT,CST,VSIM等。但是在运算速度上和一些特殊情况处理上商业软件不能很好解决回旋振荡管仿真模拟问题,为此本论文从学习基础的粒子模拟算法着手,研究等离子粒子模拟算法在回旋振荡管中的应用并编写粒子模拟程序。本论文对三段式的回旋振荡管谐振腔进行相应粒子模拟算法研究。内容包括:1.结合FDTD方法中的Yee网格技术,和粒子模拟的蛙跳模型,应用差分化方程,对电磁吸收边界CPML吸收效果进行了分析和验证,并且研究了当粒子出现在PML层中场的情况。学习电磁场的滤波算法,比较电磁场中心差分方法、时偏算法和高Q值方法对于电磁场的影响。2.学习了基于蛙跳法的粒子运动方程,粒子推进的直接法和Boris方法,并且给出两种方法的比较。学习满足电流连续性原理的电流密度权重方法。研究粒子的发射模型,包括束发射模型和满足空间电荷限制的发射模型,论述他们的合理性和优缺点,最后选择回旋发射模型运用到粒子模拟程序中。3.学习OpenMP并行技术,搭建并行环境,采用基于共享内存的隐式并行的方式。对电磁场迭代,粒子运动部分,还有粒子出界判断模块实行并行化,粒子模拟程序得到了显著的加速。4.计算出粒子在纵向恒定磁场情况下的稳定螺旋运动轨迹,并且设计偏转磁场计算粒子的静磁场下的偏转轨迹。选择合适的回旋管模型,根据电流大小,电压大小,粒子速度位置等参数合理选择相应算法和模型进行模拟仿真,观察波注互作用过程,得到场建立的过程,同时得到粒子的速度相空间分布。并且比较本文编写的程序和商业软件仿真结果的区别,并分析原因。
其他文献
随着科技的进步,移动通信的高速发展,传统的伪随机序列已显现出序列长度、数量有限,复杂度不高等种种弊端,无法满足现有的需求。混沌序列由非线性系统迭代产生,具有对初值极
在英语专业阅读教学培养学生的批判性思维,对于培养学生的创造力有着至关重要的作用。针对大多数阅读教学模式的弊端,阐明了批判性阅读教学模式的必要性,以一堂泛读课为例阐
随着信息技术的飞速发展和互联网应用的普及,e-Learning教育学习系统正逐渐地被越来越多的人们认识和接受,给学习方式带来了深刻的影响。IEEE在2003年发布了e-Learning学习技术
目的观察儿童痉挛型脑瘫采取中药内服、针刺推拿联合药浴、穴位埋线等综合疗法进行治疗的价值。方法将本院2017年5月—2018年5月收治的40例痉挛型脑瘫患儿分为A组与B组,每组2
城市供水系统的水质安全与居民健康和社会稳定息息相关,完善的水质污染检测与预警系统是保障城市供水安全工作的重要环节。三维荧光光谱检测技术因其具有的灵敏度高、选择性好、快速实时等特点,适用于对部分具有荧光反应有机物质的快速定性定量检测,在水质安全检测领域备受关注。然而,在水质有机污染物检测过程中,水环境的波动、污染物种类或浓度的变化等因素都会对检测结果造成一定的影响,针对这些问题,本文研究了基于三维荧
随着我国社会主义市场经济体制的不断完善,以及我国军民深度融合发展工作的逐步推进,我国武器装备科研生产管理体制和运行机制在"军民结合、寓军于民"方针的指导下,进行了一系
在热阴极电子枪中,阴极两端加载一定电压会产生激活态的电子,这种电子在阴阳极间形成的高压加速电场中受力运动后会被加速至很高的速度,被加速的电子在真空环境中的汇聚磁场
介绍航空发动机燃烧室的设计特点及相关研发要点,辨析了技术研发与实际机型研发的区别。重点阐述了航空发动机燃烧室的研发步骤及后续过程,并进行了前景展望。目前我国航空发
目的研究刺络放血治疗脑卒中后上肢痉挛的临床疗效。方法选取脑卒中后上肢痉挛的患者60例,随机分为刺络放血组(治疗组)和传统针刺组(对照组)各30例。治疗组采取病理点刺络放
农产品的销售一直是农业问题中的重点,在电商大发展时代,自媒体营销已经证明了自己,农产品与自媒体的结合业开始出现在人们的面前,本文就农产品自媒体营销目前遇到的一些问题