等离子体离子源发射面的理论计算与数值模拟

等离子体离子源发射面的位置和形状决定了离子束的传输特性,而发射面的位置与形状又取决于等离子体参数、引出电压、电极结构等,并自动地调节到某个平衡状态。介绍了一种2维情况下等离子体离子源发射面的位置与形状的理论计算方法,即非磁化等离子体不能扩散进入外加电场中大于一定临界值的区域,等离子体离子源发射面的位置及形状可以通过直接求解引出系统的Laplace方程而得到。利用基于PIC的OOPIC程序对不同引出结构的发射面位置及形状和引出束流进行了数值模拟,结果与理论计算的结果十分接近。     

等离子体离子源发射面的理论计算与数值模拟

 等离子体离子源发射面的位置和形状决定了离子束的传输特性,而发射面的位置与形状又取决于等离子体参数、引出电压、电极结构等,并自动地调节到某个平衡状态。介绍了一种2维情况下等离子体离子源发射面的位置与形状的理论计算方法,即非磁化等离子体不能扩散进入外加电场中大于一定临界值的区域,等离子体离子源发射面的位置及形状可以通过直接求解引出系统的Laplace方程而得到。利用基于PIC的OOPIC程序对不同引出结构的发射面位置及形状和引出束流进行了数值模拟,结果与理论计算的结果十分接近。     

负离子束引出与加速系统的数值计算方法

高能量、大功率中性束注入是对大型受控核聚变装置进行等离子体加热和电流驱动的有效手段。因此势必要发展在高能量下仍具有较高中性转换效率的负离子－中性束注入器。     

强激光与高密度气体相互作用中电子和离子加速的数值模拟

在现有的一维粒子模拟程序的基础上发展了带光电离和碰撞电离及蒙特卡罗两体碰撞的模拟程序(1D PIC-MCC). 用此程序模拟研究了短脉冲激光与He气靶相互作用时电子和离子的加速过程. 研究表明当强激光与过临界密度的微米厚度的平面靶相互作用时，靶前表面物质将被激光脉冲前沿迅速离化；新生的电子被激光场有质动力加速成为高能电子，这些电子穿入到靶内，通过电子碰撞电离离化靶内物质；一部分高能电子穿透靶后，会在靶的后表面形成强的电荷分离场，该场迅速离化靶后表面物质，同时使得后表面离子得到加速. 部分穿透靶的超热电子将被电荷分离场重新拉回靶内，在靶的前后表面振荡. 一些振荡电子在此过程中得到电荷分离场加速，离开前表面，在前表面也形成电荷分离场，使前表面离子得到加速. 关键词： 激光等离子体 光电离和碰撞电离 电子加速 离子加速     

大功率长脉冲离子源引出系统的热应力计算与分析

1引言 大功率长脉冲离子源技术研究是当今托卡马克装置上中性束注入器技术研究领域的前沿课题之一。离子源技术向大功率、长脉冲和高可靠性方向发展的趋势对大面积多孔（或多缝）引出系统的设计提出了更高的要求。当大功率离子源长脉冲运行时，引出系统较长时间一作在接近击穿的高场强区，在离子被引出和加速的过程中，由于粒子间的相互作用。     

ECR微波等离子体离子输运的数值模拟

建立了ECR微波等离子体源离子输运的平板和圆柱模型,对离子历经的空间区域的输运过程进行了数值研究。采用Monte Carlo(M-C)方法模拟了存在外磁场情况下,离子离开开放电室后历经中性区、鞘层区、最后被加负偏压的工作表面吸收的全过程,考虑了离子与中性粒子的电荷交换碰撞玫弱性散性,统一处理了中性区和鞘层区电势的衔接,采用曲线拟合,电势自洽迭代方法把中性区和鞘层区衔接起来,得到了光滑自治的电势分布曲线和鞘层区不同位置处的速度分布、能量分布及角分布。     

X波段PBG加速结构的数值模拟和加工研究

利用3D电磁场模拟计算软件, 对X波段的金属PBG加速结构进行了模拟计算. 设计了11.42GHz的光速段行波加速腔, 并进行了耦合器调配的计算和模拟. 最后, 研究了电铸加工的方法, 并通过模拟计算给出了加工公差.     

由等离子体引出强流离子束的光学数值模拟

本文叙述了中性束注入器中的强流离子源引出系统离子束光学性质的数值模拟方法,并给出了典型计算结果。计算结果表明:用这种方法能反映强流离子源引出系统最本质的束光学性质,可供选取和研究强流离子束光学系统之用。     

等离子体反应器中传热与流动的三维数值模拟

本文采用我们新发展的三维计算机程序,对有载气和颗粒从单个喷孔侧向喷射的等离子体反应器中的传热与流动以及颗粒的运动轨迹与加热历程进行了三维数值模拟,并与相应的二维数值模拟结果进行了比较。模拟结果表明侧向喷入的载气所引起的三维流动效应相当明显,不同的颗粒在反应器内的运动轨迹与加热历程也有明显差别。     

气力提升系统气液两相流数值模拟分析

污水处理、油田采油、液态金属冷却反应堆和磁流体动力转换器等领域采用气力提升系统有其显著优势.由于不同液体介质与气体介质密度对气力提升系统性能影响较大,因此本文基于Fluent仿真软件,采用欧拉模型、k-ω剪切应力输运湍流模型数值模拟了氮气-水、氮气-煤油、氮气-水银及空气-水、氩气-水、氮气-水下气力提升系统内气液两相流动行为,分析了系统稳定时提升立管内气相体积分数、提升液体流量、提升效率、提升管出口处液体径向速度的变化规律.研究结果表明:1)氮气-水、氮气-煤油、氮气-水银系统中,提升管内液体介质密度越大,提升管内气相体积分数越小、提升液体流量越大、提升效率越高;2)空气-水、氩气-水、氮气-水系统中,提升管内气体介质密度越大,提升管内气相体积分数越小、提升液体流量越大、提升效率峰值越小;3)提升管出口处提升液体径向速度随气体充入量的不断增加而整体波动升高,最终管轴中心附近液体速度较大,管壁附近液体速度较小.本文研究成果为污水处理、气举采油、液态重金属冷却核反应堆和磁流体动力转换器等应用领域的气力提升技术的优化提供科学的理论基础.     

潘宁阱中电子等离子体稳态的数值模拟

应用粒子模拟方法研究了电子束潘宁阱中的非中性等离子体的稳定状态及其定标关系，数值模拟结果表明，给定电子的初始分布和外场条件后，潘宁阱中可以出现聚心状态的电子等离子体，中心电子密度可达10倍布里渊密度；电子密度分布与理想的I／r^2关系有差别，阱中的电子数越多，差别越大。系统趋于稳定状态的弛豫时间反比于阱中的电子总数而正比于外加电场强度。     

橡胶微波加热的数值模拟研究

本文运用ANSYS有限元软件对橡胶的微波加热过程进行了数值模拟研究,分别获得了传统加热方式下和微波功率为5 kW,6 kW,7 kW,8 kW,9 kW,10 kW时橡胶的升温效应,结果表明,微波加热的时间短,效率高。经微波加热后橡胶内部的焦耳热密度分布和温度分布不均匀,但橡胶的温度分布规律与焦耳热密度分布规律相同,胶料中间部位升温最高,并且胶料的温度随微波功率的升高而升高。     

自由燃烧电弧中传热与流动的数值模拟

本文对自由燃烧电弧中传热与流动进行了数值模拟,计算域除包括电弧本身外,还包括阴极与阳极。为了避免等离子体鞘层中复杂的物理过程给模拟所带来的困难,对阴、阳极鞘层分别进行了简化处理。文中讨论了不同形式的能量方程及其离散格式对计算结果的影响。并在求解能量方程时,考虑了电极－等离子体交界面处特殊的传热机理。     

质子束尾波场中利用密度跃变实现电子捕获及加速的粒子模拟

 用2D3V粒子模拟程序研究了高能质子束驱动的尾波场加速电子的方案,及其在此方案中应用背景等离子体密度的跃变致使等离子体电子自注入加速相区的可能性。粒子模拟结果显示:密度跃变实现了电子的自注入,并且捕获的电子束处于加速相位,等离子体尾波场纵向电场对捕获的电子束起箍缩作用;捕获的电子束随着传输,表现为窄能谱分布;同时随着密度跃变大小的增大,可以增加等离子体电子的捕获。     

质子束尾波场中利用密度跃变实现电子捕获及加速的粒子模拟

用2D3V粒子模拟程序研究了高能质子束驱动的尾波场加速电子的方案,及其在此方案中应用背景等离子体密度的跃变致使等离子体电子自注入加速相区的可能性。粒子模拟结果显示:密度跃变实现了电子的自注入,并且捕获的电子束处于加速相位,等离子体尾波场纵向电场对捕获的电子束起箍缩作用;捕获的电子束随着传输,表现为窄能谱分布;同时随着密度跃变大小的增大,可以增加等离子体电子的捕获。     

基于数据采集系统的等离子体Langmuir探针诊断实验

 采用Langmuir探针、扫描电源和微机数据采集系统相结合,实时获得了等离子体的伏安特性曲线及参数计算结果。本数据采集系统是一个虚拟仪器系统,包括数据采集、分析测试和结果显示三部分,用来采集Langmuir探针的电流电压信号,并加以分析处理。整个测试过程非常快,可以在ms级的时间内完成,相对于手动测试,基于数据采集系统的Langmuir探针诊断实验得到的数据更为精确,电压测试范围更大,并能去除因为等离子体电位漂移而产生的曲线失真。根据所得的伏安曲线,讨论了等离子体的电子温度,离子密度等参数的计算方法。进一步研究发现电子温度随真空室气压增大而变小,离子密度随气压增大而变大。     

高能强流负离子束系统束光学特性的数值模拟

基于负离于-中性束注入器中强流负离子束引出与加速系统的特点所建立的数值模拟模型和计算程序,通过数值模拟研究了强流负离子束系统电磁场位形、几何参数、等离子体参数、束流密度和负离子剥离损失对负离子束光学特性的影响。对8电极800keV强流负离子束系统的初步优化结果表明对引出流密度为2lmA·cm-2的H-离子束,当负离子初始温度为0.2eV时,由系统出射的85％束散角可达到0.23°。