基于MATLAB的地磁场中带电粒子运动模拟分析

依据单粒子轨道理论和偶极磁场模型定性分析中高能带电粒子在近地区域的运动过程,并利用MATLAB对地磁场捕获带电粒子的基本原理进行数值模拟.结果表明,地球的磁镜结构可以将一定角度射入的带电粒子束缚在其中,粒子的漂移运动速度大小取决于粒子的能量,能量越大的粒子其漂移速度越大;磁镜点的磁感应强度大小由粒子的抛射角决定,随着抛...     

带电粒子在地磁场中的运动

用计算机模拟的方法研究了地磁场中带电粒子的运动特性,绘制了粒子轨迹曲线,对粒子运动进行了分析,解释了地磁场的磁瓶效应和辐射带.     

带电粒子在磁镜中的重力漂移运动模拟研究

基于电磁学基本原理讨论了由两个相互平行的载流圆环构造的简单磁镜场的场分布以及均匀磁场中粒子运动的磁通量守恒量关系式.通过理论分析和数值模拟研究了在弱非均匀磁镜场中带电粒子的重力漂移运动,并运用重力漂移速度公式验证模拟结果,二者符合得较好,结果表明弱磁场下带电粒子所受重力会破坏带电粒子在磁镜场中运动的磁通量守恒关系.     

羊八井ARGO实验触发效率的地磁场效应

广延大气簇射(EAS)中次级带电粒子在地磁场中偏转,影响次级粒子的横向分布.本文简要分析了羊八井宇宙线观测站不同天顶角的地磁场因子随方位角的变化,表明地磁场对从北方来的宇宙线次级粒子横向分布的影响比对南方来的大.利用蒙特卡罗方法模拟了有无地磁场情况下两个大容量的EAS样本,采用ARGOG探测器模拟程序模拟羊八井ARGO阵列的触发效率.模拟结果表明在忽略地磁场影响时阵列的触发效率确是各向同性的,有地磁场时触发效率南高于北,且原初粒子的天顶角越大,这种南北不对称性越明显.     

磁场旋度对磁场漂移的影响

讨论了静态非均匀磁场中的磁场旋度对带电粒子引导中心漂移的影响。运用三维矢量分析的方法,将带电粒子垂直于磁场运动所引起的磁场漂移分为两项,分别由磁场的曲率和磁场的旋度决定。给出了螺旋状环形磁场中由磁场旋度引起的磁场漂移的近似表达式,讨论了该漂移成分对于该磁场中通行粒子轨道和捕获粒子轨道的可能影响。结果表明,带电粒子垂直于磁场运动所引起的磁场漂移主要由磁场的曲率决定,而磁场旋度对该漂移的影响比较微弱。     

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讨论了静态非均匀磁场中的磁场旋度对带电粒子引导中心漂移的影响。运用三维矢量分析的方法,将带电粒子垂直于磁场运动所引起的磁场漂移分为两项,分别由磁场的曲率和磁场的旋度决定。给出了螺旋状环形磁场中由磁场旋度引起的磁场漂移的近似表达式,讨论了该漂移成分对于该磁场中通行粒子轨道和捕获粒子轨道的可能影响。结果表明,带电粒子垂直于磁场运动所引起的磁场漂移主要由磁场的曲率决定,而磁场旋度对该漂移的影响比较微弱。     

负径向电场对荷电粒子运动的影响及其数值模拟

从负径向电场产生的电漂移改变荷电粒子运动的极向运动速度着手,推导出在负径向电场存在时安全因子的表达式,分析了安全因子对荷电粒子漂移位移和运动轨迹的影响。建立了在负径向电场条件下,荷电粒子在梯度磁场和曲率磁场中运动数学模型。通过数值模拟,获得了通行粒子、香蕉粒子的漂移位移和运动轨迹所呈现出的新特点和规律：负径向电场改变了荷电粒子的最大漂移位移。当荷电粒子的极向运动速度增加时,最大漂移位移减小,反之增大;改变了荷电粒子的运动轨迹,通行粒子的轨亦可能变为香蕉粒子的轨迹,香蕉粒子的轨迹可能变为通行粒子的轨迹,当电场达到足够的强度时,均成为在极向上顺时针运动的通行粒子轨迹。     

负径向电场对荷电粒子运动的影响及其数值模拟

从负径向电场产生的电漂移改变荷电粒子运动的极向运动速度着手,推导出在负径向电场存在时安全因子的表达式,分析了安全因子对荷电粒子漂移位移和运动轨迹的影响。建立了在负径向电场条件下,荷电粒子在梯度磁场和曲率磁场中运动数学模型。通过数值模拟,获得了通行粒子、香蕉粒子的漂移位移和运动轨迹所呈现出的新特点和规律:负径向电场改变了荷电粒子的最大漂移位移。当荷电粒子的极向运动速度增加时,最大漂移位移减小,反之增大;改变了荷电粒子的运动轨迹,通行粒子的轨亦可能变为香蕉粒子的轨迹,香蕉粒子的轨迹可能变为通行粒子的轨迹,当电场达到足够的强度时,均成为在极向上顺时针运动的通行粒子轨迹。     

螺线管透镜的三级李映射

用李代数方法分析了带电粒子在螺线管透镜中的运动,得到六维相空间中粒子轨迹的三级近似解,并包含了运动的相对论效应.当需要时,还可以扩展到更高级像差.     

六极磁铁的三级Lie映射

用Lie代数方法分析了相对论带电粒子在六极磁铁中的运动,得到在六维相空间中粒子的三级近似轨迹.     

固体粒子在直流式除尘器中湍流脉动的数值模拟

本文对直流除尘器涡室内固体粒子的湍流脉动现象进行了数值分析,通过气体速度随机脉动谱,把气相湍流运动对固体粒子运动的影响引入粒子的运动平衡方程中,用拉格朗日法模拟了粒子的轨迹及其扩散运动,应用四阶龙科库塔方法求解粒子的运动方程。计算结果表明对粒子的数值模拟可以较好地预测除尘器的性能,如除尘器的切割粒径。     

托卡马克中带电粒子的直接损失问题研究

首次发现了托卡马克中存在迥异于通行粒子和香蕉粒子的第三种粒子, 这种粒子会由于漂移运动而摆脱磁场的约束. 研究了该类粒子在其速度空间上的类磁镜损失锥, 给出了这一损失锥的数学表达式, 分析了存在这一类粒子的物理成因, 模拟与数学分析的结果基本一致. 研究还发现, 回旋半径在二阶条件下带电粒子的轨道损失高于零阶情况, 且与装置参数密切相关.     

静电四极透镜中非线性传输的Lie代数分析

用Lie代数方法分析了带电粒子在静电四极透镜中的非线性传输,结果为三级近似.分析过程为:首先建立粒子在静电四极透镜中的运动的Hamilton函数,然后将Hamilton函数在平衡轨道附近展开成幂级数,最后计算粒子的非线性轨迹到三级近似.根据需要,还可以扩展到更高级近似解.     

电磁交叉场分析器中非线性传输的Lie代数分析

用李代数方法分分析了带电粒子在电磁交叉场分析器中的非线性传输,结果近似到三级近似.分析过程为:首先建立粒子在电磁交叉场分析器中的运动的Hamilton函数,然后将Hamilton函数在平衡轨道附近展开成幂级数,最后计算粒子的非线性轨迹到三级近似.根据需要,还可以推导出更高级的近似解.     

"三步曲"巧解"有界磁场"粒子偏转运动

通过整合"有界磁场"带电粒子运动轨迹中的弦角关系以及溯源它的动量变化,找出"3个关系"来处理粒子运动的相关问题,可以省去轨迹圆绘图的烦扰.     

强流束在二极磁铁中的非线性传输—Lie代数分析

 用Lie代数方法分析了带电粒子束在二极磁铁中的非线性传输，包含了空间电荷效应。粒子在相空间中的分布采用K V分布。轨迹分析的结果做到二级近似，根据需要，还可以扩展到三级或更高级近似。在分析中，将磁铁沿中心轨道分成若干小段。在每个小段上利用所得公式进行轨迹计算，得到自洽的解。然后重复此过程，作下一小段的计算，直到最后一个小段为止。     

反向场位形下的引导中心哈密顿函数

本文给出了反向场位形中场反向处引导中心哈密顿函数。在零级磁场线性近似下给出粒子运动及引导中心位置的精确解,分析了解的特性。小磁场注向分量对引导中心哈密顿函数的贡献由李变换方法求取。最后讨论了该哈密顿函数的性质并和数值结果作了比较。该理论可以用来研究带电粒子在行星际空间电流片、磁尾中性片以及实验室中反向场箍缩中的运动特性。     

探究地磁场对彩色显像管成像的影响

关于显像管电视机的成像原理,高中物理教材仅关注运动的带电粒子在偏转线圈提供的磁场中的偏转.但在实际生活中,地磁场也会对电视机显像管中运动带电粒子的轨迹产生影响.本文立足于高中生的认知能力,从生活实例出发,分析地磁场对彩色显像管成像的影响,细化建模过程,给出真实参数,凸显科学研究方法在教学中的应用,使教学内容与现代科技和生活实际相联系,从而将培养学生的核心素养落实在日常教学之中.     

强流束在二极磁铁中的非线性传输—Lie代数分析

用Lie代数方法分析了带电粒子束在二极磁铁中的非线性传输,包含了空间电荷效应。粒子在相空间中的分布采用K V分布。轨迹分析的结果做到二级近似,根据需要,还可以扩展到三级或更高级近似。在分析中,将磁铁沿中心轨道分成若干小段。在每个小段上利用所得公式进行轨迹计算,得到自洽的解。然后重复此过程,作下一小段的计算,直到最后一个小段为止。     

基于贝叶斯优化的高能质子空间传输精确控制

综合考虑地磁场、高能质子的相对论效应以及同步辐射的影响,建立了质子在空间传输的单粒子运动模型。基于该模型,提出利用贝叶斯优化方法,实现给定质子能量下,质子从空间初始点传输到目标点的精确控制方法,获得了出射方向随出射位置的变化规律,当位置径向角取0°和180°时,位置轴向角的取值不会改变粒子的最优出射方向。研究结果为质子束在空间环境中的长程传输提供理论支撑。