电子能量对收集极中电子束能量沉积的影响北大核心CSCD

理论分析了收集极中运动电子的失能机制和电子能量对电子束能量沉积的影响,用蒙特卡罗方法计算了不同能量下入射电子的能量沉积分布,分析了电子能量对电子束在收集极中能量沉积的影响,并据此提出了提高收集极耐电子束轰击能力的两种途径。结果表明:激发和电离是收集极中入射电子的主要失能机制;电子的能量越高,在材料中的穿透能力越强,收集极中被收集电子束的最大能量沉积密度越低。综合考虑束流密度分布对能量沉积的影响,可通过两种途径来提高收集极耐电子束轰击的能力:一是通过结构设计增大电子束的收集面积,减小收集极上被收集电子束的束流密度;二是设计高阻抗器件,增大被收集电子束的电子能量,减小收集极上被收集电子束的束流密度。     

引导磁场对收集极中电子能量沉积的影响

理论分析了引导磁场对收集极材料中电子运动的约束作用,推导了引导磁场作用下二次电子的逃逸条件,利用蒙特卡罗方法计算了引导磁场作用下电子束在收集极中的能量沉积规律。研究结果表明:引导磁场对电子在材料内部的运动约束作用很弱,对二次电子有强约束作用;大部分二次电子经拉莫回旋再次轰击在收集极上被收集,逃逸的二次电子沿引导磁场方向进入束波作用区;增大电子的入射角度时,束流密度的降低和二次电子的再次入射降低了收集极中电子的最大沉积能量密度,提高了收集极的耐电子轰击能力。     

γ射线在LSO晶体中的能量沉积

采用蒙特卡罗程序MCNP计算了γ射线在LSO晶体中的能量沉积分布并与相应的实验结果进行了对比,验证了该方法的正确性。在此基础上计算了不同能量的γ射线在LSO晶体中的能量沉积分布,分析了γ射线与物质的不同作用对晶体中能量沉积分布的影响,总结出在晶体轴向和径向的能量沉积分布规律。轴向上,不同能量γ射线在LSO晶体中的能量沉积近似为指数分布,在表面能量沉积密度较小;在径向方向,γ射线在入射轴线上能量沉积密度很高,在距入射轴较近的区域,主要是次级电子产生沉积能量,随着距离的增大,γ射线能量沉积逐渐减小;在距入射轴较远的区域,能量沉积主要是散射γ射线产生。     

磁场对螺旋波等离子体波和能量吸收影响的数值研究

本文考察在径向电子数密度呈抛物形分布的情况下,外加稳恒磁场,射频通过螺旋波天线在等离子体中激发电磁波的传播性质.采用线性扰动波假设,数值求解Maxwell方程组,得到80—800 G(1 G=10-4T)磁场条件下等离子体中径向电、磁场强度及能量沉积密度的分布情形.计算结果表明,磁场增大(80→800G)时,螺旋波受到的阻尼较小,可深入等离子体传播;Trivelpiece-Gould(TG)波受到的阻尼增大,在等离子体-真空边界处衰减增强;整体的能量吸收向边界集中.磁感应强度小于100 G时,TG波可深入主等离子体区传播,等离子体径向能量吸收相对均匀.     

Monte Carlo方法模拟低能电子在多元介质中散射——基于平均散射截面方法

应用基于平均散射截面低能电子在多元介质中散射Monte Carlo方法,模拟E≤5eV低能电子在多种多元介质中散射。计算了电子背散射系数,背散射电子能谱、角分布,入射电子、背散射电子在介质中的作用范围、沉积能分布,并与确定散射中心方法的结果比较。两种方法计算结果广泛一致,进一步证明基于平均散射截面方法的有效性和可靠性。入射电子能量较低,介质平均原子序数较大时,计算的背散射电子角分析不服从余弦分布律。     

Monte Carlo方法模拟低能电子在多元介质中散射：基于平均散射截面 …

应用基于平均散射截面低能电子在多元介质中散射Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ方法,模拟Ｅ０≤５ｋｅＶ低能电子在多种多元介质同中散。计算了电子背散射系数,背散射电子能谱、角分布、入射电子,背散射电子在介质中的作用范围、沉积能分布,并与确定散射中心方法的结果比较。两种方法计算结果广泛一致,进上步证明基于平均散射截面方法的有效性和可靠性。入射电子能量较低,介质平均原子序数较大时,计算的背散射电子角分布不服从余弦分     

基于蒙特卡罗方法的XHA600D医用电子直线加速器的入射电子束参数研究

使用蒙特卡罗方法研究入射电子束参数对XHA600D医用电子直线加速器产生的剂量分布的影响,并确定优化的入射电子束参数。根据厂商提供的XHA600D加速器治疗头的几何、材料参数,使用蒙特卡罗程序EGSnrc对不同的入射电子束参数进行模拟并记录其在水模体中产生的剂量分布,将模拟结果与测量结果进行比较。模拟的入射电子束参数包括平均能量、径向强度分布、角度展宽和能量展宽;实验测量数据包括4 cm×4 cm、10 cm×10 cm、30 cm×30 cm射野条件下的百分深度剂量与离轴剂量。结果表明当入射电子束的平均能量为6 MeV、径向强度的半高宽(Full Width at Half Maximum, FWHM)为0.25 cm、角度展宽为0.15°时,模拟结果和测量结果吻合非常好。这些参数可以作为建立适用于XHA600D加速器的TPS(Treatment Planning System)剂量计算模型的基础参数。     

矩形均匀电子束在激光介质中的能量沉积的模拟计算

本文主要论述了0.5MeV,单能垂直入射的电子束在三种不同密度的氟化氪准分子激光介质中的能量沉积。计算是采用Monte Carlo方法的MCSED程序,光轴方向采用周期性边界条件,因此能够给出平行于和垂直于电子束入射方向的沉积能量的空间分布。本文给出了在三种不同密度下的出射电子的角分布。用该程序对垂直入射的,初始能量为1MeV的电子在半无限大Al靶中的沉积能量的计算结果与ONETRAN程序的结果及实验结果的比较表明MCSED程序的计算结果是可靠的。     

强流环形电子束在同轴永磁Halbach结构磁路中传输的初步分析

利用有限元程序SUPERFISH计算求解了同轴永磁Halbach结构磁路的磁场,并推导出该磁场位形磁感应强度各分量的近似表达式.利用流体模型分析了作用在电子束上的力并导出了改进马丢方程形式的径向力平衡方程,给出了平衡条件;利用2.5维全电磁粒子模拟程序研究了强流环形电子柬在该周期系统中传输的物理过程.计算得出强流相对论电子束的稳定传输与电子束电流,电子束厚度,磁场强度,电子束入射角度等因素有关.分析认为利用同轴永磁Halbach结构磁路导引数KA的环形电子束,并使之稳定传输是可能的.同时该磁场聚焦形式也为Ubitron中的束一波相互作用提供了一个作用机制.     

高入射能量下的金属二次电子发射模型

基于高入射能量电子产生二次电子发射的物理过程, 分别对高入射能量电子产生的真二次电子和背散射电子的概率进行理论分析与建模. 利用Bethe能量损失模型和内二次电子逸出概率分布, 推导出高入射能量电子产生有效真二次电子发射的系数与入射能量的关系式; 根据高入射能量电子在材料内部被吸收的规律, 推导出高入射能量电子产生背散射电子的系数与入射能量之间的关系式. 结合两者得到高入射能量下金属的二次电子发射模型. 利用该模型计算得到典型金属材料Au, Ag, Cu, Al的二次电子发射系数, 理论计算结果与采用Casino软件模拟金属内部散射过程得到的数值模拟结果相符. 关键词： 二次电子发射 高入射能量 金属表面 散射过程     

负氢离子源中电子能量沉积三维数值模拟研究

本文理论计算了多峰离子源永磁体, 采用二体碰撞模型(binary collision)处理电子之间的库仑碰撞, 采用空碰撞(null-collision)方法处理电子与氢元素相关粒子, 开发了全三维PIC-MCC模拟算法, 并利用该算法模拟了多峰离子源中电子沉积过程, 分析了多峰磁场对电子的空间和能量分布影响, 结果显示: 电子的非均匀分布起源于高能电子在引出区的B× ▽B漂移.     

微结构X射线源中电子与阳极作用的蒙特卡罗模拟

根据电子多重散射理论,基于蒙特卡罗方法研究不同能量电子垂直入射不同材料的阳极靶后,电子在阳极靶内的沉积能量分布,及X射线发射位置的能量分布.结果表明：电子在靶内的轨迹扩展和入射电子能量、靶材料有关,99%电子能量沉积在近似圆柱形区域内.且电子在入射方向上的沉积能量分布不是直接递减,而是先递增到一定深度后再递减,符合电子背散射理论.说明X射线产生区域是在距表面一定深度区域内.另外,通过对比分析发现金刚石膜作为电子吸收光栅是不可行的,但作为热沉材料有很大的潜力.这些结论可为微结构X射线源研究及高亮度高相干X射线源设计提供参考.     

Monte Carlo simulation of electron beam air plasma characteristics

A high-energy electron beam generator is used to generate a plasma in atmosphere. Based on a Monte Carlo toolkit named GEANT4, a model including complete physics processes is established to simulate the passage of the electron beam in air. Based on the model, the characteristics of the electron beam air plasma are calculated. The energy distribution of beam electrons (BEs) indicates that high-energy electrons almost reside in the centre region of the beam, but low-energy electrons always live in the fringe area. The energy deposition is calculated in two cases, i.e., with and without secondary electrons (SEs). Analysis indicates that the energy deposition of SEs accounts for a large part of the total energy deposition. The results of the energy spectrum show that the electrons in the inlet layer of the low-pressure chamber (LPC) are monoenergetic, but the energy spectrum of the electrons in the outlet layer is not pure. The SEs are largely generated at the outlet of the LPC. Moreover, both the energy distribution of BEs and the magnitude of the density of SEs are closely related to the pressure of LPC. Thus, a conclusion is drawn that a low magnitude of LPC pressure is helpful for reducing the energy loss in the LPC and also useful for greatly increasing the secondary electron density in dense air.     

非均匀磁场约束条件下的电子束空气等离子体特性

为了揭示大气环境电子束等离子体的性质,基于蒙特卡罗程序包Geant4建立了一个包含电离、激发以及轫致辐射等物理过程的计算模型,用于模拟非均匀磁场约束条件下高能强流稳态电子束的输运特性、以及大气环境等离子体的性质。结果表明:非均匀磁场可以有效控制电子束在空气中的输运轨迹,显著降低电子束的发散;随着电子束在空气中行程的增加,电子束能谱开始展宽并向低能区移动;输运装置出口能量损失比电子束射程末端高2个量级,且随着电子束输运距离的增加,等离子体密度降低;等离子体密度的高低与电子束能量直接相关。     

Microscopic calculation of the magnetic field of neutron stars

Based on the Dirac equation describing an electron moving in a uniform and cylindrically symmetric magnetic field which may be the result of the self-consistent mean field of the electrons themselves in a neutron star, we have obtained the eigen solutions and the orbital magnetic moments of electrons in which each eigen orbital can be calculated. From the eigen energy spectrum we find that the lowest energy level is the highly degenerate orbitals with the quantum numbers pZ=0, n=0, and m≥0. At the ground state, the electrons fill the lowest eigen states to form many Landau magnetic cells and each cell is a circular disk with the radius λfree and the thickness λe, where λfree is the electron mean free path determined by Coulomb cross section and electron density and λe is the electron Compton wavelength. The magnetic moment of each cell and the number of cells in the neutron star are calculated, from which the total magnetic moment and magnetic field of the neutron star can be calculated. The results are compared with the observational data and the agreement is reasonable.     

Magnetic-dipole vortex generation by propagation of ultraintense and ultrashort laser pulses in moderate-density plasmas

A magnetic-dipole vortex is generated in the behind of an ultraintense and ultrashort laser pulse in a near critical density plasma. The vortex is self-sustained by its magnetic field pressure which expels background electrons, and resulting sheath field accelerates electrons to drive high amplitude electric current inside the vortex. The electron energy spectra shows nonthermal distribution with relatively high energy. The vortex is stable for a long period since it is in the electromagnetic equilibrium, whose structure and characteristics are explained by a simple analytical model.     

Monte Carlo方法模拟低能电子在Al中的散射

基于文献[1]的工作,电子在固体中的弹性散射用Mott微分截面计算;非弹性散射分为单电子激发和等离子激发并由Streitwolf、Gryzinski及Quinn的截面描述.模拟了低能电子在Al块样及薄膜中的散射过程,对不同能量低能电子作用下Al的背散射系统、能谱又透射系数作了计算,结果与实验符合较好.也对背散射电子、低能损背散射电子表面分布作了计算,结果表明低能损背散射电子具有较好的空间分辨率.     

强激光与锥型结构靶相互作用准直电子束粒子模拟研究

利用PIC(particle-in-cell)方法模拟研究了超短强激光与锥型三明治结构靶相互作用快电子束的产生和传输,并与锥通道靶、锥丝靶和锥靶在相同激光参数下的作用结果进行了比较.研究发现强激光与锥三明治靶作用产生的快电子能被不同密度材料产生的准静态界面强磁场有效地准直传输.相对其他三种锥型结构靶,锥三明治靶能产生更多数目及更高能量的快电子,提高了激光到快电子的能量转换效率和快电子束的品质,这对快点火能量沉积是有利的.