等离子体粒子模拟技术引起的对于色散关系的偏离及对孤立子模拟的影响

本文用解析分析的方法分析了等离子体粒子模拟中的有限大小粒子、电荷近网格分配和时间差分方法引起的相对于等离子体静电波色散关系的偏离,导出了修正后的色散关系。文中设计了等离子体粒子模拟的计算机模拟实验方案,验证了有限大小粒子和时间差分方法引起的对于色散关系的偏离;介绍了用不同大小粒子进行孤立子现象的等离子体模拟,结果表明,粒子的大小不同可产生相反的结果。     

等离子体粒子模拟中的改进型Borris旋动粒子方法

将等离子体粒子模拟中得到广泛应用的Borris旋动粒子方法进行了改进,用于精确求解相对论Lorentz运动方程。这种改进型Borris旋动方法在模拟粒子在强磁场中的动力学行为时仍具有相当高的计算精度,且耗费计算量较小。将改进型Borris旋动方法应用于等离子体粒子模拟中,尤其适用于模拟超强激光与等离子体的相互作用。     

一个功能较强的等离子体电磁波粒子模拟程序

本文发展了一个功能较强的1 2/2D 等离子体粒子模拟程序。文中就一维情况,论述了等离子体粒子模拟的原理、方法和计算机编程中的处理技巧。最后讨论了电磁模拟的应用。     

磁镜中哨声波加热等离子体研究

本文研究了在产生晃荡电子的特定磁镜磁场位形中。使用哨声波加热等离子体的机制,并对等离子体的参数和等离子体共振区结构进行了测量研究,研究结果表明:(1) 在磁镜基频共振层附近存在等离子体密度峰和电子温度峰;(2) 该峰随着磁镜中心磁场的变化与基频共振层一起移动;(3) 等离子体加热的物理机制为:大量的电子在基频共振层吸收微波,并在此处反弹。     

脉冲等离子体推力器羽流场数值分析

为掌握脉冲等离子体推力器的羽流特性,考虑磁场对等离子体羽流的影响,结合DSMC和PIC方法建立了粒子-流体混合模拟模型,以磁流体力学模拟提供入口条件对推力器羽流开展了三维数值研究,并通过朗缪尔三探针诊断对计算结果进行了验证。研究表明,羽流膨胀过程中各组分的动力学行为差异明显;放电电流振荡会导致产生低速离子群,并会加重离子回流;电磁加速是羽流等离子体主要的加速机制,磁场对推力器羽流的流动具有重要作用。     

基于FDTD方法的电波在等离子体中传输特性研究

根据时域有限差分法(Finite Difference Time Domain, FDTD)的基本原理,本文首先分析了等离子体的物理场特性及数值计算,然后介绍了飞行器再入时等离子鞘的形成以及等离子体相对介电常数对波的衰减,最后通过三维FDTD和二维FDTD模拟了电磁波在等离子体中的传播情况,证明了FDTD方法是解决电磁波在复杂媒质中传播的一种有效方法,并探究了飞行器再入段黑障区通信的理论和方法。     

基于FDTD方法的电波在等离子体中传输特性

根据时域有限差分(Finite Difference Time Domain, FDTD)法的基本原理,分析了等离子体的物理场特性及数值计算,介绍了飞行器再入时等离子鞘的形成以及等离子体相对介电常数对波的衰减,通过三维FDTD和二维FDTD模拟了电磁波在等离子体中的传播情况,证明了FDTD方法是解决电磁波在复杂媒质中传播的一种有效方法,并探究了飞行器再入段黑障区通信的理论和方法。     

微波反馈调制型虚阴极振荡器的粒子模拟

用三维全电磁PIC方法对一种利用反馈微波信号调制入射电子束的新型虚阴极振荡器进行了粒子模拟研究。在外加450kV电压的自洽发射状态下,得到的微波峰值输出功率可达数百兆瓦,微波主频位于C波段,瞬时峰值效率≥5％,主模式为TE10模,与试验结果符合较好。     

同轴虚阴极的粒子模拟

采用 2 12 维全电磁模相对论PIC粒子模拟程序对同轴虚阴极振荡器进行了数值模拟。通过改变装置的结构参数和电气参数等方法 ,对该类装置取得了一系列规律性的认识。通过模拟还发现 ,对要求的频段 ,通过加入电子收集极的方法 ,可以有效地提高功率和压制倍频现象的发生。     

α粒子在高温高密度氘氚等离子体中输运和能量沉积率的有限元计算

α粒子在高温高密氘氚等离子体系统中输运时其角密度分布函数满足非定态Ｆｏｋｋｅｒ－Ｐｌａｎｃｋ方程。本文将一维球对称情况下的Ｆｏｋｋｅｒ－Ｐｌａｎｃｋ方程在时域离散时分离成速度与坐标方向的两个方程，再对此两个方程中的速度变量作多群化处理，坐标变量（包括运动方向变量）采用有限元方法处理，分别得到了两个有限元方程。通过对两个有限元方程的耦合求解，数值求解了α粒子角密度分布函数随时间的变化，据此分别计算了α粒子对背景等离子体中的离子、电子的能量沉积率以及α粒子对背景等离子体的总能量沉积率随时空的演化。     

无箔二极管中引导磁场对电子回流的影响

无箔二极管中电子回流是造成绝缘子表面闪络的重要因素 ,用Maxwell方程和电子运动方程定性分析了电子束回流的可能性 ,采用PIC方法模拟了无箔二极管中电子束回流的物理过程 ,由此提出了对引导磁场和阴阳极结构进行优化设计的建议。     

粒子束空间传输影响因素及应对方法

全面分析了初始束流分布、发散度、能散度以及地磁场对粒子束空间传输的影响情况,并针对束流长距离传输的静电扩散和地磁偏转效应进行了数值建模及定量的数值仿真研究。结果表明,对于固定束流能量、流强粒子束,可通过增大初始半径削弱粒子束静电扩散效应达到设计要求;通过背景磁场精确预测,可准确控制束流方向精度。可以看出,研究带电粒子束本身的自洽行为以及与外场的作用,对带电粒子束流的产生、传输特性研究及工程化应用都有重要意义。     

MEASUREMENT OF PLASMA POTENTIAL USING EMISSIVE PROBE IN A MAGNETIC MIRROR

ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＯＦＰＬＡＳＭＡＰＯＴＥＮＴＩＡＬＵＳＩＮＧＥＭＩＳＳＩＶＥＰＲＯＢＥＩＮＡＭＡＧＮＥＴＩＣＭＩＲＲＯＲＺｈａｎｇＪｉａｎｄｅ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ,ＮＵＤＴ,Ｃｈａｎｇｓｈａ,４１００７３）Ｆａ...     

束流调制型虚阴极振荡器的研究

运用改进的"环形输运"模型和粒子模拟方法研究了调制型虚阴极振荡器中束流调制参数变化对虚阴极振荡器特性的影响。研究结果表明:束流的调制对虚阴极振荡器的运行性能有显著的影响,对电子束流进行适当的调制可以显著提高器件的束波转换效率。研究结果为设计高性能的虚阴极振荡器提供了基础。     

具有电介质衬套的多波切仑柯夫振荡器

提出了具有电介质衬套的多波切仑柯夫振荡器的概念，并采用粒子模拟方法对之进行了研究。结果表明：电介质衬套能使器件在较低二极管电压下正常工作，同时，在低电压区的辐射效率明显提高。这对开发多波切仑柯夫振荡器在爆磁压缩产生高功率微波等领域的应用具有参考价值。研究还发现：微波频率随电介质的介电常数增大而单调下移，电介质的介电常数及导引磁场的强度均具有最佳值。     

随移动窗推进的带电粒子束团长程传输模拟分析

直接采用粒子模拟方法较难实现带电粒子束团千米量级的长程传输模拟,针对此问题以静电模型为基础,引入移动窗技术,使百米量级的粒子传输窗口与束团同步推进运动,建立了带电粒子束团的长程传输模型。将模拟得到的带电粒子束团径向膨胀特性同包络方程的计算结果进行对比,两者吻合较好,证明了在带电粒子束团长程传输模拟研究中结合移动窗技术的可行性及所建模型的合理性。利用此模型分析了100 MeV相对论电子束团的长程传输过程,发现传输过程中束团的自生电场和磁场在径向上呈高度对称分布,轴向上则呈轻微前冲分布;同时,束团内部粒子的轴向速度分布也会发生变化。利用此模型分析了100 MeV电子束团的长程传输过程及其内部参数和自生场量的变化。