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三维PIC数值模拟中二次发射的实现 被引量:7
1
作者 刘腊群 刘大刚 +2 位作者 王学琼 彭凯 杨超 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第8期1980-1984,共5页
探讨了电子撞击金属表面产生二次电子的理论,介绍了二次电子发射系数、非弹性背散射电子能量分布等重要物理参数的计算式。根据相关的理论及公式,编写了三维PIC数值模拟程序的二次发射模块,建立相应的数值模型进行模拟。模拟所得的二次... 探讨了电子撞击金属表面产生二次电子的理论,介绍了二次电子发射系数、非弹性背散射电子能量分布等重要物理参数的计算式。根据相关的理论及公式,编写了三维PIC数值模拟程序的二次发射模块,建立相应的数值模型进行模拟。模拟所得的二次电子发射系数及非弹性背散射电子的能量分布等主要参数与理论值一致,验证了模拟过程的正确性。 展开更多
关键词 二次电子发射 发射系数 三维PIC数值模拟 能量分布
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磁绝缘传输线阻抗变化对空间电子流的影响 被引量:1
2
作者 刘腊群 刘大刚 +1 位作者 王学琼 王辉辉 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第9期2255-2258,共4页
介绍了磁绝缘传输线的阻抗大小、传输电压及电流大小对其产生的空间电子流大小及阴极电子鞘层厚度的影响。运用CHIPIC软件建立四层圆盘锥形磁绝缘传输线A层的近似化三维模型进行模拟,对比理论计算值与模拟值,并与相关文献的二维模拟结... 介绍了磁绝缘传输线的阻抗大小、传输电压及电流大小对其产生的空间电子流大小及阴极电子鞘层厚度的影响。运用CHIPIC软件建立四层圆盘锥形磁绝缘传输线A层的近似化三维模型进行模拟,对比理论计算值与模拟值,并与相关文献的二维模拟结果进行对照,验证三维模拟的正确性。最后,模拟研究了圆盘锥形磁绝缘传输线阴阳极之间的间距变化对传输效率的影响。 展开更多
关键词 磁绝缘传输线 传输线阻抗 圆盘锥 电子流 三维模拟
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电子激励表面等离极化激元的粒子模拟
3
作者 刘腊群 张平 王辉辉 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期66-69,共4页
采用极化电流微分方程,对贵金属中自由电子与外电场的共振过程进行描述。将该微分方程与麦克斯韦方程相结合,运用时域有限差分(FDTD)方法,在粒子PIC模拟软件CHIPIC3D的基础上,实现了电子激励表面等离极化激元(SPPs)的模拟。通过对100ke... 采用极化电流微分方程,对贵金属中自由电子与外电场的共振过程进行描述。将该微分方程与麦克斯韦方程相结合,运用时域有限差分(FDTD)方法,在粒子PIC模拟软件CHIPIC3D的基础上,实现了电子激励表面等离极化激元(SPPs)的模拟。通过对100keV电子平行于银薄膜表面运动、激励起表面等离极化激元的模拟,观测并分析了SPPs的场强及模式在银薄膜表面的分布,并验证了模拟结果的正确性。 展开更多
关键词 贵金属 时域有限差分法 粒子模拟 电子 表面等离极化激元
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94 GHz单阳极磁控注入式电子枪初始参数设计 被引量:4
4
作者 夏蒙重 刘大刚 +3 位作者 鄢扬 杨超 刘腊群 彭凯 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第8期1936-1940,共5页
根据94 GHz回旋振荡管对电子束的需求,在理论分析电子枪工作原理的基础上通过大量编程对94 GHz单阳极磁控注入式电子枪的一系列参数进行了初始设计,基于粒子模拟软件CHIPIC开发了专门针对磁控注入式电子枪的计算模块并对其进行了数值模... 根据94 GHz回旋振荡管对电子束的需求,在理论分析电子枪工作原理的基础上通过大量编程对94 GHz单阳极磁控注入式电子枪的一系列参数进行了初始设计,基于粒子模拟软件CHIPIC开发了专门针对磁控注入式电子枪的计算模块并对其进行了数值模拟。模拟结果显示:该枪的电子束横纵速度比为1.42、速度零散为4.6%,符合回旋振荡管对电子注的要求。 展开更多
关键词 回旋振荡管 磁控注入式电子枪 横纵速度比 速度零散
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相对论绕射辐射振荡器的三维粒子模拟 被引量:1
5
作者 王平 刘大刚 +3 位作者 兰峰 刘腊群 王辉辉 陈颖 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第8期185-189,共5页
开展了具有同轴波纹渐变式反射器与光滑漂移段结构的相对论绕射辐射振荡器的研究,并运用全三维粒子模拟软件CHIPIC对其进行数值模拟仿真,分析了漂移段、反射器等结构对输出功率的影响,探讨了反射器位置和输出功率的关系。仿真结果表明:... 开展了具有同轴波纹渐变式反射器与光滑漂移段结构的相对论绕射辐射振荡器的研究,并运用全三维粒子模拟软件CHIPIC对其进行数值模拟仿真,分析了漂移段、反射器等结构对输出功率的影响,探讨了反射器位置和输出功率的关系。仿真结果表明:合适的漂移段与反射器的引入,能大大提高输出功率。优化结构参数,在输入电压480kV下,平均输出功率达到774.5MW,平均功率效率为32.3%。 展开更多
关键词 全三维粒子模拟 相对论绕射辐射振荡器 漂移段 反射器 输出功率
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带螺旋支撑杆同轴磁绝缘传输线的粒子模拟研究 被引量:2
6
作者 王学琼 刘大刚 +3 位作者 王小敏 刘腊群 杨超 邹文康 《现代电子技术》 2012年第2期87-90,共4页
介绍了同轴磁绝缘传输线(MITL)的工作特性,对传输线极间电子分布、电子损失与磁绝缘的关系进行了阐述;分析了同轴磁绝缘传输线极间电子对传输线阻抗的影响,采用理论分析与粒子模拟相结合的方法,实现同轴MITL与负载轴对称平板二极管的阻... 介绍了同轴磁绝缘传输线(MITL)的工作特性,对传输线极间电子分布、电子损失与磁绝缘的关系进行了阐述;分析了同轴磁绝缘传输线极间电子对传输线阻抗的影响,采用理论分析与粒子模拟相结合的方法,实现同轴MITL与负载轴对称平板二极管的阻抗匹配。运用MPI并行算法分别对带螺旋支撑杆的MITL进行数值模拟,并对模拟结果进行了分析,得出了所添加的螺旋金属支撑杆对同轴传输器件的影响。电压的最大损失率为2%,阳极电流的最大损失率达到了4.4%,阴极电流的损失率为8.9%,电磁场以及粒子实空间都有相应的变化。 展开更多
关键词 螺旋支撑杆 Z箍缩 磁绝缘传输线 二极管 MPI并行算法
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改进的三维电磁PIC系统模拟并行算法 被引量:1
7
作者 彭凯 刘大刚 +2 位作者 杨长鸿 刘腊群 夏蒙重 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期732-736,共5页
为了更好地实现对大尺度器件的模拟,以及更系统地验证和解决高功率微波系统在设计和实验中负载变化等影响,在进一步深入研究电磁PIC并行算法的基础上,运用MPI消息传递函数做出了改进。提出了一种整体建模、分段解析的并行算法,并从并行... 为了更好地实现对大尺度器件的模拟,以及更系统地验证和解决高功率微波系统在设计和实验中负载变化等影响,在进一步深入研究电磁PIC并行算法的基础上,运用MPI消息传递函数做出了改进。提出了一种整体建模、分段解析的并行算法,并从并行时序算法入手,通过减少一次同步提高了计算的效率。最后经过一个磁绝缘线振荡器进行验证,改进的算法正确,并且当计算进程数4个增加到16个时,计算速度能提高2.5倍左右。 展开更多
关键词 电磁PIC方法 连接体 并行算法 磁绝缘线振荡器
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用于系统模拟的并行电磁粒子模拟计算技术 被引量:1
8
作者 彭凯 刘大刚 +1 位作者 夏蒙重 刘腊群 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第10期2420-2424,共5页
针对普通并行算法的缺点,给出了连接体与分段建模的基本理论,提出了一种基于分段建模、系统整体模拟的并行电磁模拟计算方法,基于FDTD-PIC方法和消息传递机制在CHIPIC软件中实现了这一算法。并通过一个磁绝线振荡器加天线的简单系统验... 针对普通并行算法的缺点,给出了连接体与分段建模的基本理论,提出了一种基于分段建模、系统整体模拟的并行电磁模拟计算方法,基于FDTD-PIC方法和消息传递机制在CHIPIC软件中实现了这一算法。并通过一个磁绝线振荡器加天线的简单系统验证了分段建模和解析的正确性,并通过对其的模拟和调试得到了天线系统输出的最大的功率6.2GW,证实了此算法的可行性。 展开更多
关键词 FDTD-PIC算法 系统模拟 连接体 并行算法
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粒子群及遗传算法在相对论返波管中的应用(英文) 被引量:1
9
作者 王辉辉 刘大刚 +1 位作者 蒙林 刘腊群 《计算物理》 CSCD 北大核心 2014年第4期479-485,共7页
在全三维粒子模拟软件CHIPIC平台上,分别开发了粒子群及基因算法模块.以相对论返波管为例,采用三种不同类型的参数(连续参数、离散参数、混合参数),对粒子群及基因算法进行比较.优化结果表明:粒子群算法的收敛速度更快,在有限的迭代步... 在全三维粒子模拟软件CHIPIC平台上,分别开发了粒子群及基因算法模块.以相对论返波管为例,采用三种不同类型的参数(连续参数、离散参数、混合参数),对粒子群及基因算法进行比较.优化结果表明:粒子群算法的收敛速度更快,在有限的迭代步数内得到的目标结果也更优良,总体表现优于基因算法. 展开更多
关键词 粒子群优化 基因算法 相对论返波管 粒子模拟
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全三维35 GHz双阳极磁控注入式电子枪数值模拟研究
10
作者 夏蒙重 鄢扬 +2 位作者 刘大刚 刘腊群 王辉辉 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期152-156,共5页
基于trade-off平衡方程组得到35GHz双阳极磁控注入式电子枪的初始参数,通过编程对其主要参数进行优化设计,并经由自主研发的PIC粒子模拟软件CHIPIC中的电子枪计算模块对其进行全三维的数值模拟研究,最终获得了具有横纵速度比为1.5,最大... 基于trade-off平衡方程组得到35GHz双阳极磁控注入式电子枪的初始参数,通过编程对其主要参数进行优化设计,并经由自主研发的PIC粒子模拟软件CHIPIC中的电子枪计算模块对其进行全三维的数值模拟研究,最终获得了具有横纵速度比为1.5,最大速度零散约为5.4%的高性能电子枪,能够很好地满足35GHz-100kW回旋振荡管对电子束的要求。 展开更多
关键词 trade-off平衡方程组 双阳极磁控注入式电子枪 全三维的数值模拟 横纵速度比 速度零散
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一种新型低电感磁绝缘传输线的冷腔特性
11
作者 刘燕 刘腊群 +4 位作者 周良骥 蒋吉昊 刘大刚 王辉辉 王启昂 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期47-51,共5页
研究了一种新型低电感花瓣形磁绝缘传输线的冷腔特性。该传输线构型的横向剖面的真空部分由12个类似花瓣形状的周期组成,而每个周期又由平行板和同轴圆弧两种基本传输线构型组成。该构型的整体轮廓有效增加了电极面积,使得传输线的电感... 研究了一种新型低电感花瓣形磁绝缘传输线的冷腔特性。该传输线构型的横向剖面的真空部分由12个类似花瓣形状的周期组成,而每个周期又由平行板和同轴圆弧两种基本传输线构型组成。该构型的整体轮廓有效增加了电极面积,使得传输线的电感大大降低,从而实现使用单层磁绝缘传输线即可获得较低的阻抗,规避了多层汇流结构带来的复杂的PHC结构和磁零位区损失问题。首先,分别计算出两种基本构型单元的电磁场分布、电感、电容和阻抗;而后,再整体计算分析出花瓣形磁绝缘传输线的电磁特性参数;同时,还通过数值模拟来分析该传输线的冷腔特性,获得了该传输线的阻抗值及电磁场分布,并将数值模拟结果与理论计算值进行了对比分析,结果验证了理论计算方法的正确性。 展开更多
关键词 花瓣形 低电感 磁绝缘传输线 冷腔特性 数值模拟
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“聚龙一号”装置四层圆盘锥磁绝缘传输线的三维粒子模拟研究 被引量:1
12
作者 戴巍 朱旭智 +3 位作者 刘腊群 邹文康 郭帆 刘大刚 《现代电子技术》 北大核心 2015年第3期144-148,共5页
介绍了"聚龙一号"中四层圆盘锥磁绝缘传输线(MITL)的基本理论。在CPIPIC平台上,采用非均匀网格和周期性对称边界条件,建立了"聚龙一号"的四层圆盘锥MITL的三维粒子模拟模型。设置相应的参数并用并行算法模拟得到了... 介绍了"聚龙一号"中四层圆盘锥磁绝缘传输线(MITL)的基本理论。在CPIPIC平台上,采用非均匀网格和周期性对称边界条件,建立了"聚龙一号"的四层圆盘锥MITL的三维粒子模拟模型。设置相应的参数并用并行算法模拟得到了该器件中各层在绝缘堆上和MITL中间位置的电流和汇流后的电流,并与理论和实验数据进行相互对比验证。模拟结果表明整个器件在达到磁绝缘状态后具有很高的传输效率,并与实验结果相互验证,为以后进一步的研究提供了保证。 展开更多
关键词 Z箍缩 磁绝缘传输线 粒子模拟 并行算法
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S波段多注速调管的粒子模拟 被引量:1
13
作者 高杉 刘大刚 +2 位作者 陈亚南 刘腊群 王辉辉 《真空电子技术》 2019年第6期46-49,共4页
本文利用CHIPIC粒子模拟软件对一种S波段TM010模式的18注速调管进行全三维粒子模拟研究。通过对输入谐振腔和双间隙输出谐振腔进行仿真分析和设计优化,结果表明在电压为17.4kV、总电流为20.9A、输入平均功率为33W、输入频率为2.85GHz的... 本文利用CHIPIC粒子模拟软件对一种S波段TM010模式的18注速调管进行全三维粒子模拟研究。通过对输入谐振腔和双间隙输出谐振腔进行仿真分析和设计优化,结果表明在电压为17.4kV、总电流为20.9A、输入平均功率为33W、输入频率为2.85GHz的高频信号的条件下,输出峰值功率为207kW,平均功率为103.5kW,输出频率为2.85GHz,计算得到效率约为29%,增益约为35dB。 展开更多
关键词 多注速调管 S波段 粒子模拟
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旭日型可调谐相对论磁控管的研究与优化设计
14
作者 赵桂莲 刘大刚 +1 位作者 李天明 刘腊群 《现代电子技术》 北大核心 2016年第18期142-145,共4页
理论推导了相对论磁控管中电子与高频场的互作用机理,分析了相对论磁控管阴极发射面高度、工作电压和磁场对其工作效率及调谐带宽的影响,得出进一步提高磁控管效率及调谐带宽的条件。对比了10腔旭日型可调谐相对论磁控管仿真及实验结果... 理论推导了相对论磁控管中电子与高频场的互作用机理,分析了相对论磁控管阴极发射面高度、工作电压和磁场对其工作效率及调谐带宽的影响,得出进一步提高磁控管效率及调谐带宽的条件。对比了10腔旭日型可调谐相对论磁控管仿真及实验结果,通过仿真手段进一步优化了该磁控管,提高了输出效率、拓展了调谐带宽。研究结果表明,优化后的10腔旭日型可调谐相对论磁控管具有37%的调谐带宽,电子转换效率最高达到17.9%,输出功率在1.1 GW以上。 展开更多
关键词 相对论磁控管 旭日型可调谐磁控管 互作用机理 电子转换效率
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基于CHIPIC软件的旭日型可调谐相对论磁控管的研究
15
作者 赵桂莲 刘大刚 +1 位作者 李天明 刘腊群 《现代电子技术》 北大核心 2016年第5期140-142,146,共4页
理论推导了相对论磁控管中电子与高频场的互作用机理,采用CST软件研究冷腔状态下磁控管的π模频率,采用CHIPIC软件对磁控管进行三维粒子模拟研究,对比了10腔旭日型可调谐相对论磁控管冷热腔仿真及实验结果,验证了CHIPIC软件模拟此类器... 理论推导了相对论磁控管中电子与高频场的互作用机理,采用CST软件研究冷腔状态下磁控管的π模频率,采用CHIPIC软件对磁控管进行三维粒子模拟研究,对比了10腔旭日型可调谐相对论磁控管冷热腔仿真及实验结果,验证了CHIPIC软件模拟此类器件的正确性。研究结果表明,仿真结果与实验数据基本一致,频谱比较纯,输出比较稳定,为以后拓展旭日型可调谐相对论磁控管的调谐带宽奠定了基础。 展开更多
关键词 相对论磁控管 旭日型可调谐磁控管 CHIPIC 互作用机理
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Microwave propagation with the gas breakdown
16
作者 王辉辉 刘大刚 +1 位作者 刘腊群 蒙林 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2014年第11期396-402,共7页
By combining the microwave propagation theory and the gas breakdown theory, the microwave propagation with the gas breakdown is analyzed theoretically. Particle-in-cell/Monte Carlo collision (PIC/MCC) simulations ar... By combining the microwave propagation theory and the gas breakdown theory, the microwave propagation with the gas breakdown is analyzed theoretically. Particle-in-cell/Monte Carlo collision (PIC/MCC) simulations are carried out to verify the theoretical results. Based on this theoretical method, the breakdown phenomenon of the pulse microwave is analyzed. The results show that the product values of the initial electron density and the propagation length are the criterion to distinguish the pulse peak decline breakdown and the pulse width reduction breakdown. Furthermore, the energy transmission is also studied, which shows that the total output energy is approximately independent of the input electric field if the electric field is not extremely large. 展开更多
关键词 microwave propagation gas breakdown particle-in-cell/Monte Carlo collision simulations
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磁绝缘传输线中心汇流区数值模拟的实现 被引量:5
17
作者 刘腊群 蒙林 +4 位作者 邓建军 宋盛义 邹文康 刘大刚 刘盛纲 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期1643-1650,共8页
介绍了磁绝缘的形成原理以及模拟中采用的基本空间和时间算法.成功地使用了非均匀网格模型,实现了对结构复杂的中心汇流区的三维数值建模;运用金属支撑杆模型,实现了负载的数值建模.探讨了MPI并行算法运用到模拟中的可行性及其应用价值... 介绍了磁绝缘的形成原理以及模拟中采用的基本空间和时间算法.成功地使用了非均匀网格模型,实现了对结构复杂的中心汇流区的三维数值建模;运用金属支撑杆模型,实现了负载的数值建模.探讨了MPI并行算法运用到模拟中的可行性及其应用价值.最后以Z加速器上MITL的中心汇流区为例,验证了模拟的正确性. 展开更多
关键词 磁绝缘 支撑杆 MPI并行 中心汇流区
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磁绝缘传输线中心汇流区电子能量沉积及温度变化的数值模拟研究 被引量:1
18
作者 刘腊群 刘大刚 +3 位作者 王学琼 杨超 夏蒙重 彭凯 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第16期141-145,共5页
介绍了实现高能电子轰击阳极表面产生的能量沉积及温度变化的数值模拟理论及方法.构建了一个简单的束发射模型,初步验证了阳极表面电子能量沉积数值计算的准确性.选取四层圆盘锥形磁绝缘传输线中心汇流区为模型,对其工作过程中产生的阳... 介绍了实现高能电子轰击阳极表面产生的能量沉积及温度变化的数值模拟理论及方法.构建了一个简单的束发射模型,初步验证了阳极表面电子能量沉积数值计算的准确性.选取四层圆盘锥形磁绝缘传输线中心汇流区为模型,对其工作过程中产生的阳极能量沉积及温度变化进行数值模拟,并将模拟结果与国外相关文献的结论进行了对比,进一步证明了模拟的准确性.对模拟结果进行了分析,探讨了模拟中结果产生的物理机理. 展开更多
关键词 高能电子 能量沉积 温度变化 数值模拟
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带螺旋支撑杆的同轴磁绝缘传输线三维数值模拟的实现
19
作者 刘腊群 刘大刚 +2 位作者 王学琼 邹文康 杨超 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第16期135-140,共6页
依据实际器件尺寸,建立了带螺旋支撑杆的同轴磁绝缘传输线三维数值模拟模型;选取合适的二极管阴阳极间距作为传输线负载;设置相应的模拟参数对其进行模拟.将模拟结果与实验数据进行对比,证明了模拟的可靠性;并结合相应的实验数据,分析... 依据实际器件尺寸,建立了带螺旋支撑杆的同轴磁绝缘传输线三维数值模拟模型;选取合适的二极管阴阳极间距作为传输线负载;设置相应的模拟参数对其进行模拟.将模拟结果与实验数据进行对比,证明了模拟的可靠性;并结合相应的实验数据,分析了同轴磁绝缘传输线在加入螺旋支撑结构后对其传输效率的影响. 展开更多
关键词 三维数值模拟 螺旋支撑杆 磁绝缘传输线
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基于负氢离子源的全三维PIC/MCC模拟算法研究 被引量:6
20
作者 杨超 刘大刚 +3 位作者 王小敏 刘腊群 王学琼 刘盛纲 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第4期285-290,共6页
在分析负氢离子源中等离子体物理机理基础下,研究并优化粒子模拟算法,设计高效的粒子存储方法.研究并运用粒子碰撞蒙特卡罗方法,考虑等离子体势以及带电粒子间库仑碰撞,研制了全三维粒子模拟/蒙特卡罗算法(PIC/MCC).采用磁荷模型,运用... 在分析负氢离子源中等离子体物理机理基础下,研究并优化粒子模拟算法,设计高效的粒子存储方法.研究并运用粒子碰撞蒙特卡罗方法,考虑等离子体势以及带电粒子间库仑碰撞,研制了全三维粒子模拟/蒙特卡罗算法(PIC/MCC).采用磁荷模型,运用时域有限差分方法计算多峰磁场,并结合国外负氢离子源JT-60U,考虑负氢离子源中主要反应,对全三维PIC/MCC模拟算法模拟验证. 展开更多
关键词 负氢离子源 粒子模拟 蒙特卡罗
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