Введение
Глава 1. Методы моделирования динамики пучков заряженных частиц 14
1.1 Система уравнений Власова 14
1.2 Модели частиц 15
1.3 Макрочастицы в моделях частица-сетка 18
1.4 Постановка задачи моделирования потоков заряженных частиц в электростатическом приближении 20
1.5 Дискретизация задачи на расчетной сетке. Весовые функции 23
1.6 Концепция метода частиц в ячейках 25
1.7 Концепция итерационного метода 27
Глава 2. Численные алгоритмы в методах частица-сетка 30
2.1 Расчет траекторий частиц 30
2.1.1 Случай декартовых координат 31
2.1.2 Случай цилиндрических координат 32
2.1.3 Алгоритмы выбора шага интегрирования 33
2.2 Форма макрочастиц, расчет пространственного заряда и сил 35
2.2.1 Случай метода частиц в ячейках 35
2.2.2 Случай итерационного метода
2.3 Решение уравнения Пуассона 40
2.4 Методы расчета тока, ограниченного пространственным зарядом
2.4.1 Модель эмиссии Чайлда-Ленгмюра 42
2.4.2 Оптимизационный алгоритм в итерационном методе
2.4.3 Модель эмиссии Гаусса в итерационном методе 45
Глава 3. Комплекс программ для моделирования динамики пучков заряженных частиц в электростатическом приближении 51
3.1 Основные характеристики комплекса программ 51
3.1.1 Формат входных данных 52
3.1.2 Варианты использования
3.2 Общее описание архитектуры 55
3.3 Алгоритмы хранения, обработки и удаления частиц
3.3.1 Структура данных хранения частиц 60
3.3.2 Параллельная реализация методов частица-сетка с использованием OpenMP 62
Глава 4. Результаты моделирования эмиссионных устройств 68
4.1 Цилиндрический диод 68
4.1.1 Случай цилиндрических координат 68
4.1.2 Случай декартовых координат 4.2 Диод с эллиптическим эмиттером 76
4.3 Источник радиально сходящегося пучка электронов триодного типа 4.3.1 Параметры источника 79
4.3.2 Исследование дефокусирующего эффекта ускоряющей сетки 81
4.3.3 Траектории и вольт-амперные характеристики 86
Глава 5 STRONG Моделирование и оптимизация ускорителя с переменно-фазовой фокусировкой 92
5.1 Ускоритель с ПОКФ STRONG 92
5.2 Расчет геометрии резонатора с ПФФ
5.2.1 Модель динамики пучка 94
5.2.2 Расчет последовательности синхронных фаз 98
5.2.3 Генератор трехмерной компьютерной модели резонатора 99
5.2.4 Методика выбора геометрии периодов
5.3 Результат расчета резонатора на периодов 106
5.4 Задача оптимизации
5.4.1 Постановка задачи 108
5.4.2 Метод оптимизации 109
5.4.3 Результаты численной оптимизации 112
Заключение 116
Список литературы
