强流离子束的束包络方程与束包络计算——Ⅰ.强流离子束的束包络方程

在考虑了强流离子束自身空间电荷效应和束流初始特征(束流发射度)的情况下,本文给出了强流离子束在电磁场中运动的束包络方程.同时也给出了强流离子束分别在静电场、静磁场和自由空间(即等位空间)中运动的束包络方程.     

周期聚焦磁场对强流离子束的束晕控制效果研究

采用粒子-束核模型,通过编制多粒子(PIC)程序,模拟研究对数函数控制器对初始分布为K-V分布的强流离子束在正弦波和三角波两种周期聚焦磁场作用下控制束晕-混沌的效果.结果表明,在这两种周期聚焦磁场中对数函数控制器均能对束晕进行有效控制,但是在三角波磁场中的控制效果好于正弦波磁场.     

强流离子束物理问题及其束晕-混沌的控制方法

强流离子束在国防和国民经济领域中有着极其重要的广泛的应用和发展前景。特别是强流加速器驱动的放射性洁净核能系统。比常规核电更安全、更干净、更便宜，成为20世纪90年代以来国内外该领域的研究热点。但是，处理强流束产生的复杂时空束晕-混沌现象已经成为强流离子束应用中的关键技术之一，需要有效地控制束晕才能确保强流离子束的许多重要应用。在此对强流离子束的主要用途、物理技术问题、宏观粒子模拟的基本方法，尤其是束晕-混沌的控制方法的研究进展，进行简要评述，并指出今后的研究方向。     

强流离子束辐照加热过程的数值计算

考虑瞬态的热传导过程,用有限差分方法计算了强流恒定离子束辐照过程的温度效应.由温升曲线的计算可知,对中等以上的注量率(>10~(13)cm~(-2)s~(-1))来说,快速注入过程都将是非稳态的,由此可知对强流离子束辐照过程进行瞬态热传导分析是必要的.若注量固定,晶片表面温度与离子能量的关系在低能部分(<100keV)很平缓,在高能部分很陡峭,在大注量注入情况下,降低靶座温度以抑制晶片表面温升是可行的方法之一.     

强流脉冲离子束与钛靶相互作用数值研究

简要讨论了强脉冲离子束与钛靶相互作用的理论模型,选取特定参数,应用数值计算的方法模拟计算离子能量为100 keV、300 keV和450 keV的H 、C 离子束与钛靶相互作用,给出了钛靶在辐照后离子浓度-深度分布、能量梯度分布等模拟计算结果.H 与钛靶相互作用过程中的能量损失在钛靶内部出现峰值,然后迅速减少为零,而C 在钛靶表面沉积较多的能量.     

强流脉冲离子束表面改性奥氏体不锈钢分子动力学的研究

用分子动力学方法(MD)研究了高能离子束辐照奥氏体不锈钢表面,并采用热尖峰模型模拟了辐照条件下的能量传递过程。通过对能量分布和原子运动的分析,确定了能量消耗的机理:一部分能量通过蒸发和热传导被表面的原子消耗,另一部分以激波的形式在基体中传播。热传导缓慢造成的高强度蒸发和表面原子的再吸附共同作用,导致了表面的光滑过程。     

强流脉冲离子束辐照钨靶温度场演化数值研究

强流脉冲离子束(HIPIB)使材料表面气化产生喷发等离子体从而进行薄膜生长、纳米粉的制备等工作。金属钨的熔点高,热导性好,是耐高热流密度防护层最可能的材料。为了研究金属钨在高热负荷下的响应,建立了HIPIB辐照钨靶的考虑相变的非线性热力学方程,并采用有限元方法数值求解了靶材辐照后的二维温度场演化问题,得到了钨靶温度场的时空演化规律。当离子束流密度为100 A/cm2时,脉冲结束后束流入射中心表层约0.3μm厚的材料熔化,且熔化是从表面开始的,而后因热传导固化;脉冲结束后开始时靶材表面温度急剧下降,而后变得缓慢,温降的梯度在不同时刻均存在峰值,且随时间增加峰值向纵向深度处移动。     

强流离子束中单离子运动规律的模拟研究

运用多粒子模拟程序（PIC）,对初始分布为K-V分布的离子束中的单离子在束晕控制前后进行模拟跟踪,结果发现,单个离子的运动虽然复杂,但大体可以分成两种类型.其中一类与束晕的形成关系密切.采用非线性反馈控制法,可以将这类离子的运动限制在核区内,因而使束晕得到有效控制.     

控制信息对强流离子束径向密度分布的影响

运用PIC程序对初始分布为K-V分布的强流离子束进行模拟,发现在小波函数和自适应两控制器控制下,均能通过改变控制信息,将离子束径向密度非均匀分布控制成均匀分布,而且可压缩离子分布的范围,从而达到改善束流品质的目的。     

强流脉冲束非线性传输的李代数分析

以磁四极透镜为例,用李代数方法分析强流脉冲的非线性传输。粒子在六维相空间中的分布取K-V分布。首先算出束流的空间电荷势,进而可以得到包含束流自场的粒子运动的Hamilton函数。再施加李变换,就可以得到粒子运动的各级近似解。给出二级近似下的结果,根据需要,还可以扩展到更高级近似。计算过程需要进行迭代,即根据每次算出的轨迹值,确定束团在三维实空间中的大小,然后计算束流的空间电荷势,再计算进粒子的轨迹。如此迭代,直到满足精度为止。     

强流束晕-混沌的RBF神经网络控制

以周期性聚焦磁场通道中的Kapchinskij-Vladimirskij（K-V）分布离子束为对象,研究了强流束晕-混沌现象的RBFNN自适应控制方法.该方法以神经网络的输出作为周期聚焦磁场的线性控制因子,通过对外部磁场的线性调节实现束晕-混沌控制.模拟结果表明：当选择恰当的RBFNN控制结构,自适应调整其内部参数,可将混沌变化的束包络半径控制在匹配半径附近单周期稳定振荡;该方法用于多粒子模拟系统中,能较好改善束的品质,束晕-混沌现象能得到有效抑制.     

失匹配因子和调谐因子对强流离子束的影响

运用P IC多粒子模拟程序,采用延迟反馈控制法,对初始分布为K-V分布的强流离子束研究了其在加速器通道中运行时受失匹配因子和调谐衰减因子的影响程度。得到了失匹配因子某些取值范围可导致束晕无法控制,但对于各种取值,对径向密度分布均影响不大,以及调谐衰减因子对径向密度分布曲线的形状有明显的影响等结果。     

强流加速器束晕控制中填充因子对束粒子密度的影响

运用PIC多粒子模拟程序，采用延迟反馈控制法，研究了离子束在运行过程中粒子分布情况．通过分析比较，得到了对束晕进行有效控制后的粒子分布规律，为强流加速器的应用提供了有用的参考．     

磁四极透镜中强流束传输的模拟分析

基于磁四极透镜的强流束传输和超松弛迭代理论,编写了磁四极透镜的束流传输模拟程序,该程序适用于磁四极透镜中强流束传输的模拟计算.用模拟程序对不同束流的流强在磁四极透镜中的传输进行模拟计算,并对模拟结果进行了分析.模拟结果表明:随着束流的流强增大,空间电荷力的横向发散效应增强,束流包络曲线横向发散变显著;束流的流强大于100mA时,束流包络曲线发散比较明显.     

强流加速器中束晕-混沌的自适应控制

提出了一种新的控制方法-自适应控制方法实现了对束晕-混沌较好的控制,PIC多粒子模拟程序数值结果表明该控制器具有控制速度快、控制效果好、无须对增益因子进行准确计算等优点,从而具有较好的应用前景.     

用于治疗癌症的强流中子发生器束流光路设计

通过强流离子束包络的数值模拟计算,完成了用于治疗癌症的强中子发生器的束流传输系统设计。应用ＰＯＩＳＳＩＯＮ／ＰＣ和ＳＬＡＮＣ－１６６电磁场模拟程序,确定了各传输元件的电磁参数。特别讨论了与强流离子束有关的束流传输问题。     

强流离子直线加速器中球形混沌与束晕的形成

强流离子直线加速器因其可作为次临界装置的驱动器，近来在放射性洁净核能系统等方面的应用中出现了一些新的动向，引起人们极大的关注，同时。这些新的应用对加速器低束损也提出了苛刻的要求，使得对粒子损失的主要来源之定的束晕问题的研究成为当前加速器物理研究中的热点，本文采用束核－试验粒子模型，通过在哈密顿动力学系统中同时求解ＫＶ包络方程和Ｈｉｌｌ方程，单向自洽地研究了空间电荷控制的束流的传输问题，借助Ｐｏｉｎ     

强流加速器中束晕—混沌的小波函数控制研究

研究了用小波函数构造非线性反馈控制器进行控制强离子加速器中的束晕-混沌的方法。数值模拟结果表明,这种由特殊函数构造的控制器具有很好的控制束晕-混能力,只要调节知当的控制参数就能够对4种初始分布不同的离子束进行较理相的控制。研究结果可望为强离子加速器中束晕-混沌控制的实现提供有效参考。     

抛物线型分布离子束的束晕-混沌小波间隔控制

用小波函数构造非线性反馈控制器对强流加速器中的束晕一混沌进行多周期间隔反馈控制，以控制初始条件遵从抛物线型分布的离子束为例进行模拟，结果表明，通过适当选择间隔的周期数和小波控制器的控制参数，能很有效地对束晕一混沌现象进行控制．研究结果可望为实用强流加速器的研制提供有价值的参考．关键词：小波函数控制器；多周期间隔；束晕一混沌；强流离子加速器     

束参数对离子束溅射法所淀积非晶硅电特性的影响

本文论述了用离子束溅射淀积非晶硅(a-Si)和氢化非晶硅(a-Si:H)的方法,提供了加速电压和衬底位置改变对薄膜暗电阻率的影响结果,通过有关淀积工艺条件的研究,得出了一些有用的结论。