高空核爆炸早期碎片等离子体模拟

针对高空核爆炸早期碎片等离子体模拟,提出了高空核爆炸等离子体演化过程必须经历的4个阶段,包括链式反应阶段、早期过渡期、非平衡碰撞期和非平衡无碰撞期。在此基础上,给出了用于描述早期过渡期、非平衡碰撞期和非平衡无碰撞期3个阶段的适用模型和基本方程:早期过渡期适用相对论性多温流体,用相对论性流体方程描述;非平衡碰撞期适用相对论性碰撞等离子体,用相对论性玻尔兹曼-麦克斯韦耦合方程描述;非平衡无碰撞期适用非相对论性无碰撞等离子体,用流体-PIC(particle-in-cell)混合模拟描述。

等离子体模拟改进电磁粒子网格算法

为了消除传统电磁粒子网格算法在交错推进电场和磁场、粒子动量和位置时存在的半时间步长差 ,推导出一种电磁场和粒子非交错推进的改进电磁粒子网格算法 .该算法通过引入一个中间过渡时刻 ,对麦克斯韦方程组和牛顿 洛仑兹方程的差分格式进行了变换 ,使算法实现了同时将所有物理量从n时刻推进到n +1时刻 .该算法能得到时间上同步的参数 ,有利于计算结果的数据处理以及在模拟过程中对电磁场和粒子进行实时诊断 .应用改进后的电磁粒子网格算法对无箔二极管实例进行了模拟 。

放电毛细管等离子体模拟研究

给出了放电毛细管内等离子体绝热不定常零维数学模型，该模型考虑了金属引爆丝的电阻变化过程、毛细管材料的烧蚀电离细节及等离子体的非理想特性。利用该数学模型对毛细管的放电过程进行了数值模拟，得到了等离子体参数的动态变化过程。计算结果与相应的实验值进行了比较，对理论值与实验值的符合程度作了讨论，证明了该模型的工程实用性。

等离子体模拟

第9届西湖等离子体模拟国际研讨会于2015年5月18～21日在浙江杭州举行。此次会议由浙江大学聚变理论与模拟中心主办、计算物理协会计算等离子体物理分会赞助。会议旨在汇聚大家共研等离子体模拟领域国内外的研究进展，扩大该中心在国内外同行的影响力和号召力。

轴对称系统等离子体数值模拟电荷、电流分配CIC方法

采用体积加权CIC方法 ,对轴对称系统等离子体模拟PIC方法中的节点电荷和电流计算进行了详细讨论 ,推导出节点电荷和电流的计算公式 ,可用于轴对称系统 2 12

螺旋波等离子体推进器中双层形成的PIC模拟

建立了螺旋波等离子体推进器中双层等离子体形成过程的一维全粒子PIC模型,讨论了放电过程中电子加热模型和等离子体膨胀模型,计算了不同条件下螺旋波等离子体推进器中双层等离子体的分布。结果表明：采用氩气工质,在射频电流90A/m^2和工作压强0.05-0.15Pa的条件下,可产生双层等离子体,其密度为1.3×10^15-2.8×10^15 m^-3,双层电势降为10-30V,可加速氩离子束流,喷射速度为3-12km/s,双层加速效应对推进器的性能具有一定影响。

霍尔推进器放电等离子体的数值模拟研究与发展

阐述了霍尔推进器的工作原理。介绍了等离子体模拟中的流体、粒子和混合三种模型,以及粒子模型中直接蒙特卡罗模拟(DSMC)、等离子体模拟(PIC)和PIC/DSMC混合模拟方法。给出了一维流体模型的假设条件和控制方程、DSMC的空间迭代和时间步进两种求解方法,以及PIC、PIC/DSMC混合法与典型二维混合模型的建立过程。讨论了三种模型的适用条件、局限性,以及发展趋势。

利用栅网控制空间等离子体环境效应模拟中的等离子体参数

通常采用ECR等离子体源产生的等离子体的温度和密度都比较大,通过附加适当目数的栅网,并在栅网上加一定的偏置电位来对等离子体参数,尤其是温度、密度进行调整,满足空间等离子体环境模拟要求.本文利用14目、25目的栅网,对己有的地面实验室空间等离子体环境进行了改进,得到了更加接近空间等离子体参数的一个地面模拟环境.

面向数千处理器的三维等离子体粒子模拟程序研制

等离子体粒子模拟是研究激光聚变中激光与等离子体相互作用的有效手段.有些应用需要模拟包含上百亿粒子的模型,其中粒子分布不均匀且动态运动.为满足需求,研制了可扩展到数千处理器的三维等离子体粒子模拟程序,其关键技术包括基于网格片的负载平衡策略、粒子数据结构和数据通信的封装、大规模数据的可视化等.在某并行机的2500个处理器上,该程序成功模拟了短脉冲激光与锥壁等离子的相互作用,其中粒子数达到12G,模拟5000时间步花费15h,共输出50GB的三维数据.这些数据可直接在并行可视化软件上显示,有助于物理学家深入理解模拟结果.

无网格等离子体静电模粒子模拟方法

介绍了一种无网格粒子模拟方法 :三维快速多极展开方法 (3DFMM ) ,对其进行改进以提高精度 .在低维粒子模拟中 ,采用具有低维运动的球粒子模型 .模拟了尘埃粒子在背景等离子体中产生的势场 ,以及等离子体中电子相对于离子运动所引起的不稳定性 ,并得到合理的物理图象 .

强激光等离子体中质子加速的新机制

为了研究等离子体中Compton散射对靶背法向方向加速质子的影响,采用多光子非线性Compton散射模型和等离子体模拟方法,对Compton散射下等离子体中的质子加速进行了理论分析和数值模拟,提出了将入射光和Comp-ton散射光作为在等离子体靶表面处形成的静电场加速质子的新机制,得到了质子加速的一些重要数据。结果表明,Compton散射使等离子体内产生的高能电子数增加,高能电子靶表面上所产生的静电场增强,从而使质子获得更高的加速能量;散射使静电场增强效应,有效地补偿了因激光调制不稳定性增强而造成电子在向等离子体输运过程中的能量损失,从而使质子从平缓密度标长等离子体中获得的加速能量高于从陡峭密度标长等离子体中获得的加速能量。因此,采用Compton散射下的平缓密度标长等离子体加速质子较为理想。

微小等离子体发生器刻蚀机理的研究

采用二维流体模型对扫描刻蚀加工中的微小等离子体发生器的刻蚀机理进行了数值仿真研究。该微小等离子体发生器为微空心阴极放电器件,当工作气体为SF6,工作气压在5 kPa^9 kPa时,空心阴极处微孔半径为0.25μm时,空心阴极外部区域的F原子的有效弥散长度在0.5μm^1.8μm之间变化,且浓度在3×1011cm-3~1.7×1012cm-3之间,基本满足扫描刻蚀加工的需求。

一种新型微小等离子体发生器

提出了一种基于并行探针技术的扫描等离子体加工新方法,即通过在并行探针针尖上集成微小等离子体发生器,从而实现无掩膜的扫描加工。采用二维流体模型对其中的微小等离子体发生器进行了数值仿真研究。该微小等离子体发生器为微空心阴极放电器件,当工作气体为SF6,工作气压在5 kPa^9 kPa时,空心阴极内的F原子浓度在3×1011cm-3~1.7×1012cm-3之间变化,基本满足硅材料扫描刻蚀加工的需求。

天体等离子体模拟联合实验室简介

实验室天体物理是交叉于高能量密度等离子体物理学与天体物理学之间的一个新的学科生长点。实验室天体物理有助于解决目前天体物理和等离子体物理中的一些关键共性问题。目前该学科研究热点问题包括等离子体不透明度、等离子体不稳定性、磁场重联、粒子加速、喷流等。2019年天文系与国家天文台正式成立了天体等离子体模拟联合实验室。

射频等离子体沉技术计算机模拟研究现状

阐述了计算机模拟在射频等离子体薄膜沉积技术中的重要地位，总结了几种常用的模拟方法并比较了各种方法的利弊和适用范围，展望了该技术发展的趋势。

两种温度电子对稳态等离子体鞘层的影响

建立包含冷热电子的无碰撞等离子体鞘层的流体模型,利用数值模拟研究含有两种温度电子时等离子体鞘层的产生.结果表明:对于含有两种不同温度电子的稳态等离子体,冷电子的温度越低或者冷电子的含量越多,鞘边离子的马赫数临界值就越小,鞘层的宽度就变得越窄,沉积器壁的离子动能流也就越少.此外,研究不同种类的等离子体(Ar、Ke、Xe),鞘层厚度和离子沉积器壁动能流受冷电子的影响.

连续磁活动对等离子体层演化的影响

利用嫦娥三号极紫外相机观测的2014年2月21日等离子体层极紫外对数图像,分析了一系列磁活动状态下等离子体层晨侧视角的演化.由等离子体层质子的相空间分布,模拟了2014年2月18—22日发生一系列磁暴事件时等离子体层在磁赤道面的演化.通过观测与模拟发现,等离子体层实际的填充速度大于模拟时等离子体层的填充速度.推测昏侧与日侧之间的羽结构对侧面视角下向阳侧等离子体层顶的位置会造成影响.模拟中等离子体层整体对磁暴的响应在3h内,大磁暴对等离子体层的影响时间较长,可以达到1~2天.连续的磁暴事件对等离子体层的影响有叠加的效果.等离子体层的回填比侵蚀需要更长的时间.

基于Matlab和COMSOL的等离子原煤脱硫仿真研究

等离子原煤脱硫模型是一种利用等离子体在燃烧前对煤进行脱硫的技术,依据实验室的原煤脱硫模型,运用Simulink软件平台,搭建了等离子脱硫电路仿真模型,对其模型和影响等离子体脱硫的一些因素进行讨论分析。主要是利用多物理场耦合软件(COMSOL)对等离子脱硫放电模型在氩气环境中的等离子体进行了模拟与分析,对等离子脱硫放电模型在试验中采集的数据进行处理与分析,并提出了推测:等离子煤脱硫的脱硫效果会体现在近次谐波上。

电子回旋共振离子推力器放电室等离子体数值模拟

电子回旋共振离子推力器属于静电型推力器,具有寿命长、比冲高、结构简单、可靠性高等优点,适用于深空探测等长时间空间飞行任务.放电室是一个关键部件,其内部通过电子回旋共振产生等离子体.针对放电室内等离子体流场建立飘移-扩散近似模型,采用迎风格式有限差分法对该模型进行数值求解,得到了放电室内不同时刻的等离子体流场分布及其演化规律.数值模拟结果可以为推力器的设计和实验研究提供有用信息.