二维粒子模拟方法及在空间物理中应用

在粒子模拟的PIC(particle in cell)模式中,与场有关的物理量如电磁场等分配在固定的网格点上,而粒子则可在计算区域的任意位置上.设计了一个二维三分量的粒子模拟程序,并用它计算了空间物理中两种常见的物理现象:束流不稳定性和磁场重联.在束流不稳定性问题中,一束速度为V_b=10V_A(V_A为Alfvén速度)的等离子体在背景等离子中运动,通过波粒相互作用可激发沿磁场方向传播的Alfvén波.在磁场重联问题中,具有Harris形态的电流片可自发地引起磁场重联,并且B_y分量的磁场具有四极形分布.     

二维等离子体并行PIC模拟的性能分析及应用

通过区域分解法实现了二维等离子体粒子模拟程序并行化,并将此程序运行在由16个Pentium Ⅲ 1.6G CPU组成的微机机群上,对其性能进行了测试.结果表明,在计算规模一定的情况下,并行程序的并行效率随计算结点的增加而降低;而在计算节点不变的情况下,并行效率随计算规模的增加而增加,并行计算更适合于计算规模大的物理问题.利用此并行程序计算了等离子体中的束流不稳定性,结果表明,在波动激发的线性增长阶段,等离子体束流激发的Alfv啨n波基本上沿背景磁场方向传播,其波数满足共振条件ω-kV_b=-Ω_i,其中ω和k分别为Alfvén波的频率和波数,V_b为束流的速度,Ω_i为离子的回旋频率.     

R-T界面不稳定性及湍流混合的大涡模拟

采用大涡模拟(LES)方法研究R-T(Rayleigh Taylor)不稳定性,显示了不稳定发展的小扰动阶段、变形阶段、规则非线性阶段、不规则非线性阶段和湍流混合阶段界面演化与特征,分析了湍流混合层厚度增长的规律,同时还研究了湍流二阶相关量如动量、质量和能量通量在大尺度和亚格子尺度所占分量,验证了LES方法是处理R-T界面不稳定性和湍流混合的一种有效方法.     

Richtmyer-Meshkov不稳定性湍流混合数值模拟

采用PPM方法数值求解Euler方程；采用Shyue提出的考虑压力平衡的混合网格状态方程的处理方法，完成R-M不稳定性问题后期混合的数值模拟。界面不稳定性后期混合具有明显的三维特征，二维计算不能分辨后期混合流体团之间三维扭曲拉伸现象，因此要求三维数值模拟。另一方面，界面不稳定性后期，通过非线性作用，小尺度运动被充分激发，必须模拟从大尺度到小尺度的级串现象，因此数值模拟要求很高的空间分辨率，要求大规模数值计算。由此我们采用MPI、应用区域分解方法完成程序并行化，并行程序具有较好的可扩展性。     

二维双流不稳定性静电粒子模拟

为研究双温电子等离子体中束流不稳定性的演化过程,用二维粒子模拟(PIC)代码对双温电子束流不稳定性进行了模拟,其中泊松方程用松弛迭代法求解,代码满足电荷守恒、动量守恒和能量守恒条件。在电子双流不稳定性的非线性演化过程中,得到相空间的空洞结构,实空间也相应出现了电子空洞。给出了不稳定性增长率以及相应色散关系。     

二维不可压无粘流动问题的流线——混合元数值模拟

基于流函数一涡度表达式，对不可压无粘流动问题采用沿流线的差分格式逼近涡度函数，采用混合元方法同时逼近流函数及速度场。理论分析与数值实验表明；格式对上述三个物理量具有同时逼近、高精度、高稳定性的良好性质。这是传统的数值方法难已达到的。     

低能质子环束流与等离子体相互作用过程的一维混合模拟研究

运用一维混合模拟方法, 研究了垂直于等离子体磁场入射的低能质子环束流与等离子体的相互作用过程. 结果显示: 由质子环束流激发的等离子体波首先经历指数式快速增长的线性阶段, 随后出现饱和、衰减和相对稳定的非线性阶段. 在线性阶段, 质子束投掷角散射使波模共振作用迅速减弱, 波的增长很快出现饱和. 随后, 持续的投掷角散射, 使入射质子在速度空间从环状分布渐变为均匀分布, 同时初始阶段的右手共振不稳定性逐渐消失, 在最后相对稳定阶段只存在阿尔芬波. 研究发现, 背景等离子体的有效加热始于非线性阶段, 等离子体波的形成有助于将质子束动能转换为背景等离子体的热能.     

双频容性耦合CF4等离子体放电的二维混合模拟

研究了等离子体反应装置内的等离子体密度、粒子能量与角度分布等参量在装置径向与轴向上的分布特性。在研究过程中应用二维混合模型对CF4气体放电进行模拟。计算结果显示:在电极表面与侧壁附近的鞘层区特性有明显的区别。由于装置侧壁处受电源产生的射频电场的影响较小,侧壁处的鞘层主要由双极扩散机制形成,其产生的径向电场强度较弱,鞘层厚度也较薄。而在电极附近,由于受到射频电场的影响,鞘层的厚度显著增加,指向电极方向的轴向电场强度也远大于指向侧壁方向的径向电场强度。在电极区域内,离子通量分布均匀;在电极边缘与侧壁的间隙内,因电场强度减小,离子通量则发生迅速衰减。在射频电极覆盖的范围内离子能量分布大体上保持不变,电极与侧壁的交界处,由于受到侧壁处径向电场的影响,离子能量分布略有不同。在放电装置的中心区域,入射到电极上的离子角度分布基本保持一致,而在电极边界与装置侧壁的交界处,由于径向电场的影响,离子的垂直入射角增加,以大角度轰击电极的离子数量也显著增加。     

双频容性耦合CF4等离子体放电的二维混合模拟

研究了等离子体反应装置内的等离子体密度、粒子能量与角度分布等参量在装置径向与轴向上的分布特性。在研究过程中应用二维混合模型对CF4气体放电进行模拟。计算结果显示：在电极表面与侧壁附近的鞘层区特性有明显的区别。由于装置侧壁处受电源产生的射频电场的影响较小,侧壁处的鞘层主要由双极扩散机制形成,其产生的径向电场强度较弱,鞘层厚度也较薄。而在电极附近,由于受到射频电场的影响,鞘层的厚度显著增加,指向电极方向的轴向电场强度也远大于指向侧壁方向的径向电场强度。在电极区域内,离子通量分布均匀;在电极边缘与侧壁的间隙内,因电场强度减小,离子通量则发生迅速衰减。在射频电极覆盖的范围内离子能量分布大体上保持不变,电极与侧壁的交界处,由于受到侧壁处径向电场的影响,离子能量分布略有不同。在放电装置的中心区域,入射到电极上的离子角度分布基本保持一致,而在电极边界与装置侧壁的交界处,由于径向电场的影响,离子的垂直入射角增加,以大角度轰击电极的离子数量也显著增加。     

液体在线混合室混合效果的数值模拟

本文根据液体在线混合室的两种不同结构归纳出两种入口界条件，相应获得二维和三维物理模型，应用有限差分法对其混合效果分别作了数值模拟。研究结果表明：设计液体在线混合室时，为了达到最佳混合效果，应使得浓度梯度与速度梯度方向一致，即让两种液体的入口管在同一根轴线上。     

基于捕获的新型正电子束及应用

基于捕获的新型正电子束技术是通过潘宁阱中捕获、约束和积累正电子而发展的新一代正电子束技术。本文介绍正电子的捕获、冷却,压缩技术,基于捕获的正电子束形成技术,以及该技术将来发展展望,最后讨论该技术在原子物理学和材料科学等多个领域的应用。     

阵列波导光栅的简便模拟方法及应用

结合等效折射率方法并利用高斯光束近似给出了一种简便的模拟计算阵列波导光栅方法,可实现AWG锔模拟模拟计算结果与理论公式计算结果吻合利用这种模拟方法,模拟了一个阵列波导光栅(AWG)实例,并考察了阵列波导条数对器件性能的影响,最后分析了制造工艺误差对器件性能的影响     

新概念晶体提拉方法及其可能的应用简介

介绍了一种利用金属材料的热膨胀而产生的位移代替传统的机械电机提拉晶体的新方法,可以预见这种新型提拉方法既可以消除晶体提拉过程中由于拉速的不平滑而引进的晶体生长条纹,同时也可以作为研究晶体生长机理的有力工具,另一方面,该方法可以用来提拉这样的一灰晶体,这种晶体溶质的浓度周期地分布于其中,且其周期远小于用机械电机所提拉的晶体溶质浓度的周期,同时,另一种新颖的控温方式被首次提出,即先把金属棒加热膨胀至一定的长度再冷却使之收缩,由于这种控温方式温度波动极端微小,使得金属棒收缩所产生的位移随时间的变化率达到微观的平滑极限。     

惯性约束聚变－裂变混合堆及其包层中子学设计

对惯性约束混合堆的功率循环,氚钚生产的燃料循环和混合堆作为聚变能源的前期应用的可能性作了简要的介绍。对快裂包层和抑制裂变包层作了初步的中子学研究设计,指出了其优缺点和应用的前景。     

棱镜分光式光学环行器及其应用

本文介绍梭镜分光式光学环行器设计理论与制备工艺以及在光纤通信和光纤传感系统中的应用。所研制的光学环行器光纤-光纤(单模)插入损耗小于2.8dB,隔离比大于25dB,回波损耗优于40dB.器件性能与偏振无关。     

A CLUSTER MODEL METHOD AND ITS APPLICATIONS TO CHEMISORPTIONS ON SEMICONDUCTOR SURFACES

In the present paper the cluster model and charge self-consistent method are used to study the chemisorpti on Si(lll1), Ge(111), and GaAs(110) surfaces. The parameters in the calculations are selected to fit the respective bulk energy bands of Si, Ge, and GaAs. Some general rules of chemisorpti on Si(ll1) and Ge(ll1) are investigated and speculated. The three-fold hollow site geometry is favorable for group iii metals on Si(lll), whereas the one-fold top site is more stable for group vii elements, the reason being probably one of the favorable charge distribution. However, the situation for chemisorpti on Ge(ll1) is somewhat different. The adsorptions of group iii and v elements on GaAs(110) are also considered. The possible chemisorption geometries and the related electronic states for these systems are calculated and discussed.     

高分辨NMR中的整形脉冲技术及其应用

在NMR技术中,射频(rf)脉冲的形状一般是描述施加于NMR样品的射频脉冲的振幅和相位与时间的关系。本文拟就射频脉冲的一般形状,基于NMR实验中广泛采用的类型及其优点和局限性等诸多问题作一概括评述,本文还将阐述NMR的实验能力对于谱仪硬件的依赖性,以及讨论借助Varian Unity谱仪系统实施脉冲整形的各种可能选择。     

量子声学及其应用

量子声学是声学的一个前沿和刚刚活跃起来的分支,是继电子学、光子学之后发展迅速的一门新学科,本文就量子声学的诞生,定义和所涉及的内容进行了讨论,较为系统地介绍了与量子声学有关的理论、材料、器件和应用进展。     

21世纪的光学和光电子学讲座 第四讲 光全息术及相关产业的现状与发展

简要地叙述了光全息术半个世纪以来的发展,并就其应用较为广泛和产业化较为成熟的全息干涉计量全息存贮、显示全息和模压全息及其产业的现状与发展作了概述。