直线感应加速器输运过程模拟.pdfVIP

第22卷第4期 强 激 光 与 粒 子 束 V01．22，No．4 HIGH LASERAND BEAMS 2010年4月 POWER PARTICLE Apr．，2010 文章编号：1001—4322(2010)04—0913～05 直线感应加速器输运过程模拟。 杨长鸿1， 蒙 林1， 张开志2， 章文卫2， 刘大刚1 (1．电子科技大学物理电子学院，成都610054；2．中国工程物理研究院流体物理研究所，四川绵阳621900) 摘要：对直线感应加速器中电子柬的输运过程进行数值模拟研究，采用了时域有限差分与粒子模拟相 结合的方法。在对直线感应加速器建模的过程中，成功地使用了非均匀网格模型。实现了对加速腔精细结构的 建模。并在加速间隙处加入了加速场。通过3个步骤实现了直线感应加速器加速腔中聚束磁场的模拟，最后 将聚束场与加速段结合起来模拟电子束的输运过程，并对结果加以分析，验证了方法的正确性。 关键词：直线感应加速器；聚束磁场；加速腔；粒子模拟 中图分类号：0572．21 文献标志码： A doi：10．3788／HPLP0913 对于直线感应加速器(LIA)而言，电子柬输运问题是加速器设计和调试中难点之一。建造I。IA的目的是 为了获得高能、强流、高品质的电子束，电子束品质直接决定LIA的性能，电子束在加速段的传输是影响束品 质的关键环节。实际工作中采用调整聚束磁场和加速电压的方法来调整和加速束流，保证束流顺利通过加速 腔。而电压和磁场的调整需要进行大量的试探，为了得到一次好的束流输出需要进行多次调整，每一次试验都 要花费大量的人力物力。通过电磁粒子模拟对柬流传输过程进行模拟，模拟结果可以对试验中调整控制电压、 螺线管电流起到一定参考作用，且能提高效率和节省试验开支。目前我国还尚未在LIA的束输运过程中使用 电磁粒子模拟方法进行过研究。美国的DARHT一1I在分析电离产生的粒子对加速段电子柬的影响中n]， 用大大减少了实验经费的开支，同时又提供给工程研究人员大量直观的实时结果，为设计和试验调试提供有力 拟软件来模拟一个加速段。 1模型的建立 为了真实地模拟加速器中电子柬的输运过程， 要求将加速间隙的精细结构要尽可能逼真地模拟出 来。因此在建模时将精细结构分解成多个小单元， 然后用函数定义出每个单元的形状，最后得到所需 要的结果。图l(a)是软件的模拟效果图，图1(b)为 设计结构图。 由于器件太长，空间太大，如果将网格划分过 Structure ofaccelerator 密，明显影响到了程序的计算速度，相应地对硬件也 Fig．1 diagram gap 提出了更高的要求。但如果将网格统一划分过于粗 图1加速间隙的模拟图 糙，那么在加速腔处的精细结构将无法显现出来。 这样计算精度又达不到要求。为了解决这个问题， 在建模的过程中采用了非均匀网格划分，在加速问 隙处采用了精细网格，在没有突变的地方用大网格 来划分，如图2所示。在电子发射面和加速间隙，均 是细网格，因为这些地方存在非均匀结构，它们对电 Non—uniformmodel Fig．2 grid 磁场的影响较大；中间部分不存在突变的结构，采用 图2非均匀网格 *收稿日期：2009一ll一04； 修订日期：2010—01—04 基金项目：国家自然科学基金项门 作者简介：杨长鸿(1983一)，男，博士研究生。主要从事计算等离子体研究；changhong@uestc．edu．cn。 万方数据 强 激 光 与 粒 子 束