基于PIC方法的强流粒子束空间电荷效应的研究

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随着高功率脉冲技术的发展,强流粒子束广泛应用于各项科学研究活动中。随着束流品质要求的提高,空间电荷效应成为实际工作中必须考虑的内容。强流带电粒子束中最基本的问题是空间电荷效应和由此产生的对传输电流的限制。其次由空间电荷效应引起的强流束在等离子体中输运的不稳定性也是各种粒子输运系统和存储系统研究的重点问题。本文基于PIC方法,编写了HUSTPIC软件用于计算束流的空间电荷效应,模拟束流在自由空间中运动,观察由于空间电荷力的作用,而带来的各项参数的变化。并使用程序模拟了等离子体中的双流不稳定性,有效地显示了束流输运过程中空间电荷力所导致的非线性过程。最后采用数值算法模拟计算了一维空间电荷限制流,得到了一维极限电流下的空间电势和空间电荷的分布。在实际的模拟应用中,使用该软件可以清晰直观的观察到束流在漂移空间运行中的状态变化,得到束流的各项参数,并可方便的查看每一时刻的束流数据,非常便于研究束流的整体行为和各项效应。模拟的效果显示,该软件具有良好的应用性。
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