直线感应加速器注入器三维数值模拟研究

摘要

自从上世纪六十年代世界上第一台加速器的诞生以来，加速器经历了几十年的不断发展，很多国家都先后研制出了性能越来越强大的加速器，并广泛的应用在军事和民用领域，创造出了巨大的经济效益。当然那些已经研发成功的国家对这些相关技术对外都是封锁的，这就在客观上要求我们要靠自己来研究发展自己的相关技术。在研究加速器的过程中，数值模拟技术是不可或缺的，它的应用解决了很多用数学物理方程无法给出解析解的问题，并能给出相关的计算结果供研发人员研究分析。在计算机的快速发展情况下，计算机的计算能力越来越强，这为数值模拟技术提供了强大的计算基础；电磁学技术的发展为数值模拟提供了理论技术上的支持，这两者技术的结合，使得应用数值模拟计算来分析研究一些复杂的物理系统成为了可能。
　　注入器作为加速器的电子源器件，世界各国对它的研究是一直没有停止过的。本文是使用电子科技大学拥有自主产权的CHIPIC软件对注入器中的相关物理问题进行模拟计算，主要的工作内容如下：
　　1.根据实验给出的结构相关数据，建立起注入器的模型，然后馈入合理的电压，使电场分布满足对电子加速的要求。根据实验所给的各个螺线管线圈的相关数据，最终引入的磁数值大小和实验磁场的数值保持一致。最后统计计算出电子束流的归一化发射度的数值，模拟计算的结果和相关文献给出的实验结果很好的吻合。
　　2.在对注入器的关键参数计算的结果达到了较好的预期后，总结了磁场中不同位置电子束流发射度的变化规律。接着研究分析了匀场环对螺线管线圈的衰减作用，并在无匀场环和有匀场环这两种情况下对电子束流在磁场中运动过程中的一些相关问题给出结果和分析。这些问题主要有电子束流传输运动过程中包络的变化、发射度统计相空间轮廓的改变、归一化发射度数值的变化。结果显示，在有匀场环情况下电子束流的这些参数有了较好的改善，电子束流的归一化发射度从1050mm.mrad降低到640mm.mrad，优化了39％。
　　3.最后比较了中心差分和时偏算法对计算结果的影响，分析了时偏算法的改进之处，统计了在只改变阴阳极间距对电子束流的影响，并以表格的形式给出统计结果。

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第一章 绪论

1.1 直线感应加速器注入器概述

1.2 数值模拟研究在注入器中的应用

1.3 本论文的研究背景和主要工作

1.4 本论文的组织和结构

第二章 注入器的基本原理和关键物理问题

2.1 引言

2.2 注入器的工作原理

2.3 注入器中的关键物理问题

2.4 小结

第三章 注入器的相关问题研究

3.1 引言

3.2 注入器模型的建立

3.3 发射度的计算和观测

3.4 小结

第四章 发射度的影响因子

4.1 引言

4.2 不同数值算法计算的影响

4.3 匀场环对发射度的影响

4.4 阴阳极间距对电流的影响

4.5 小结

第五章 总结

致谢

参考文献