基于PIC方法的二维束流动力学模拟程序及其初步应用

来源 :高能物理与核物理 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mindy27
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为了深入研究强流负氢束在强流质子回旋加速器CYCIAE-100轴向注入线中的传输,利用split-operator方法分解外场和束流自身的空间电荷场的作用.对外场利用单粒子跟踪技术,采用一阶线性近似;对空间电荷场采用PIC方法,利用快速傅里叶变换求解Poisson方程.用FORTRAN95语言开发了一个基于面向对象技术的二维宏粒子传输计算程序CYCPIC2D,本程序可以计算任意分布的强流束在输运线上的传输.最后给出了对CYCIAE-100注入线的模拟计算结果,并和程序ORBIT,TRACE 3-D的结果进行比对验证,结果表明:空间电荷效应在此注入线上有较大的影响,而且3个程序计算的不同中性化的结果基本上一致;束流强度达到几十毫安时,基于PIC方法的两个程序CYCPIC2D和ORBIT的计算结果完全吻合,而线性近似程序TRACE 3-D有明显差异. In order to further study the transmission of strong negative negative hydrogen beam in the axial injection line of the strong proton cyclotron CYCIAE-100, the split-operator method is used to decompose the space charge field of the external field and the beam itself. First-order linear approximation is used. For the space charge field, PIC method is used to solve the Poisson equation by using Fast Fourier Transform. A two-dimensional macroparticle transfer calculation program CYCPIC2D based on object-oriented technology is developed by using FORTRAN95 language. This program can calculate arbitrary distribution The simulation results of CYCIAE-100 injection line are given and compared with the ORBIT and TRACE 3-D results of the program. The results show that the space charge effect in This injection line has a greater impact, and the three programs calculate the different neutralization results are basically the same; beam intensity reaches tens of milliamperes, two methods based on the PIC method CYCPIC2D and ORBIT calculation results are complete Coincide, while the linear approximation program TRACE 3-D were significantly different.
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