快点火中相对论电子束能量沉积的动理学研究

针对相对论快电子束在高密度压缩芯区等离子体中的能量沉积过程开展物理建模、程序研制和数值模拟研究。从等离子体粒子碰撞的基本物理出发,综合考虑了高能电子与背景等离子体之间的短程两体碰撞过程和长程集体效应,建立了相对论Fokker-Planck动理学模型,通过采用球谐展开的方法,推导得到了适于数值求解的方程形式并根据方程特点开展相应的数值算法研究及程序研制并完成了物理考核,对快点火能量沉积的典型物理算例进行了模拟研究,并针对即将在神光Ⅱ升级装置上开展的快点火物理实验进行了初步的物理分析。     

快点火中相对论电子束能量沉积的动理学研究

针对相对论快电子束在高密度压缩芯区等离子体中的能量沉积过程开展物理建模、程序研制和数值模拟研究。从等离子体粒子碰撞的基本物理出发,综合考虑了高能电子与背景等离子体之间的短程两体碰撞过程和长程集体效应,建立了相对论Fokker-Planck动理学模型,通过采用球谐展开的方法,推导得到了适于数值求解的方程形式并根据方程特点开展相应的数值算法研究及程序研制并完成了物理考核,对快点火能量沉积的典型物理算例进行了模拟研究,并针对即将在神光Ⅱ升级装置上开展的快点火物理实验进行了初步的物理分析。     

电子束在相对论返波管振荡器收集极上的能量沉积

在圆周对称的磁场作用下,环形电子束以一定角度轰击在圆柱面的相对论返波管振荡器（RBWO）收集极上并将能量沉积其中,采用蒙特卡罗程序FLUKA,建立了电子的能量沉积分布计算模型,研究了电子能量沉积分布规律;建立了背散射电子的运动模型,模拟了磁场作用下背散射电子的运动轨迹;研究了圆周对称径向磁场的近似方法。研究结果表明：随着磁场强度的增大,最大能量沉积密度增大,背散射电子在更靠近电子束入射区域的位置再次入射并沉积能量,且可能形成一个新的能量沉积峰值。在磁场强度较大时,采用单向的径向磁场即可较好地计算圆周对称径向磁场下背散射电子的能量沉积分布。     

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。     

相对论电子束流与固体相互作用的Monte-Carlo方法研究及其力学效应的计算

 文中叙述并计算了电子在合金及复合材料中的输运行为。研究了散射的角分布及能量损耗率，计算了次级电子效应，得到了电子能耗的空间分布。利用材料的热力学特性，获得了固体中压力时空变化的分布。     

相对论电子束在等离子体中的能量沉积

用3维粒子模拟程序LARED-P研究了束-等离子体不稳定性, 不稳定性激发的强电磁场使电子束在非常短的距离内沉积能量。对于10 MeV的单能电子束,束电子数目占总电子数目5％的情况下,最终约损失14％的束能量。推导了等离子体的色散关系,得出了增长率。     

相对论电子束在等离子体中的能量沉积

 用3维粒子模拟程序LARED-P研究了束-等离子体不稳定性, 不稳定性激发的强电磁场使电子束在非常短的距离内沉积能量。对于10 MeV的单能电子束,束电子数目占总电子数目5％的情况下,最终约损失14％的束能量。推导了等离子体的色散关系,得出了增长率。     

电子能量对收集极中电子束能量沉积的影响

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。     

强流二极管阳极电子束时域能量沉积特性模拟

以强流脉冲电子束为研究对象,提出了一种基于离散时间、限定靶面位置,通过测量靶面不同时刻入射角分布,利用蒙卡程序计算得到电子束的能量(r, z)二维分布沉积值的方法。给出了典型弱箍缩平板二极管(电压峰值700 kV、阻抗7 Ω)阳极靶面不同位置时域的能量沉积值,分析了(0, 0°),(25 mm, 135°),(36 mm, 270°)三个位置纵切剖面的能量沉积特性,结果表明：在各个时间段内电子束入射能量确定的情况下,能量沉积特性与入射角呈现相关性,仿真结果与实验结果符合较好,偏差均小于10%;距阳极靶心25 mm以外的靶面位置,受束流箍缩影响,入射角分布变化较大;当入射角较小时(小于40°),强流电子束能量沉积峰值深度约0.2 mm;当入射角超过40°时,能量沉积峰值深度减小到0.1 mm左右;而阳极靶心位置附近,受束流箍缩影响较小,这些位置的能量沉积特性更接近于小角度入射角情形。     

相对论电子束在磁化等离子体中的能量损失

本文研究了相对论电子束(REB)在磁化等离子体中的能量损失。导出了REB能量损失的一般表达式,并用数值方法分析了能量损失与参量之间的关系。结果表明,在一定的参数范围内,磁场对REB能量损失有极重要的影响。     

Numerical Method for the Time Fractional Fokker-Planck Equation

In this paper, a new numerical algorithm for solving the time fractional Fokker-Planck equation is proposed. The analysis of local truncation error and the stability of this method are investigated. Theoretical analysis and numerical experiments show that the proposed method has higher order of accuracy for solving the time fractional Fokker-Planck equation.     

球坐标动量空间下相对论Vlasov方程的数值算法

针对相对论Vlasov方程动量区间跨度大、难以计算的困难,将相对论Vlasov方程在球坐标动量空间中进行数值求解.对相对论Vlasov方程球坐标动量空间构造4阶非分裂守恒型数值格式.数值模拟相对论Landau阻尼问题并与解析理论进行比较,验证数值模型和算法的有效性.对激光等离子体相互作用进行初步模拟分析,表明通过采用球坐标下的动量空间,可在相对较少动量网格情形下,获得与粒子模拟可相互验证的结果.     

自适应截断方法在光子电子能量沉积计算中的应用

在光子与电子沉积能的数值计算中,电子截断能的高低显著地影响计算效率与精度.关于电子截断能的选取,目前没有统一的标准.给出一种根据网格尺度、网格材料与电子位置自适应确定电子截断能的方法.自适应截断方法以电子在网格中的剩余总行程小于其到网格界面的最短距离作为截断条件.同MCNP程序自带的CUT方式相比,自适应方法的计算精度与效率更高.最重要的是,对任意能量、网格尺寸的模型,自适应方法均可胜任,完全无需人为判断.     

用变分法解Fokker—Planck方程计算核裂变几率

发展了一种用变分法解Fokker-Planck方程的方法,计算了一维核裂变几率,研究了F-P方程与Smoluchowski方程的关系,为推导多维的质量系数和粘滞系数随形变参量变化并具有交叉项的Smoluchowski方程和解位能形式比较复杂的多维的F-P方程打下了基础.     

等离子体中Fokker-Planck方程的有限元模拟

利用有限元方法设计了一套相对简单明了的求解Fokker-Planck方程的方案.这个方案不必严格限制计算格点的步长和时间步长,就可以确保分布函数的非负性和粒子数的守恒.通过一维程序模拟,进一步证实了这个方案的可靠性.对于多维问题的分析和一维问题完全一样,所以非常容易将其推广到多维问题.     

耗散子运动方程与福克-普朗克量子主方程

发展非线性耦合环境下精确、非微扰的量子耗散方法仍然是一个巨大的挑战.本文针对线性和二次耦合热浴模型,介绍了两种刻画系统与环境耦合动力学的有效方法.一个是耗散子运动方程（DEOM）理论,最近已被扩展到处理非线性耦合环境.另一个是推广的福克-普朗克量子主方程（FP-QME）方法,将在这项工作中基于DEOM推导给出.本文对这两种方法进行了详细的比较,并重点介绍了所涉及的准粒子图像、物理含义以及实现方案.     

Fokker-Planck Equation of a Stochastic System Driven by Spatially-Related Noises

In this paper we study a general stochastic system driven by the spatially-related Gaussian white noises. The corresponding Fokker-Planck equation is calculated; and some typical cases are analyzed. Finally, by the Fokker-Planck equation derived in the paper we study a single bistable kinetic process with spatially-related noise. The results obtained in the paper provide a correct foundation for the.treatment of the stochastic systems driven by spatially-related noises.     

On New Invariant Solutions of Generalized Fokker-Planck Equation

The generalized one-dimensional Fokker-Planck equation is analyzed via potential symmetry method and the invariant solutions under potential symmetries are obtained. Among those solutions, some are new and first reported.     

基于三维Fokker-Planck方程的电子回旋波加热与电流驱动模拟

利用反弹平均的三维Fokker-Planck方程,对电子回旋波加热和电流驱动进行数值模拟.考虑超热电子径向扩散对电流驱动的影响,在方程中加入径向扩散输运项,采用九点格式的中心差分对方程进行数值离散得到系数矩阵,采用不完全LU分解对系数矩阵进行预处理,利用双共轭梯度稳定法求解得到分布函数.在不考虑电子径向扩散输运条件下,得到电子回旋波驱动电流密度与功率沉积密度的分布;考虑径向扩散输运的计算结果与BANDIT3D进行比较,驱动电流分布的趋势基本一致.