项目名称: 时域特性中离子束成形特性的数值模拟

项目编号: No.10876005

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2009

项目学科: 金属学与金属工艺

项目作者: 黄桃

作者单位: 电子科技大学

项目金额: 32万元

中文摘要: 等离子体离子源在离子加速器、离子注入机、聚变装置、离子推进器等方面得到了广泛的应用。在大多数离子源中,离子束都是从等离子体中引出,因此我们研究离子束成形特性主要就是研究离子引出系统。引出系统的特性决定了离子束的成形特性,如引出束流强度、束的包络、束斑大小、聚焦或散焦特性等,而这些参数直接影响等离子体离子源应用装置的性能。 本项目首先采用稳态方法对离子引出过程进行了理论分析及模拟软件开发,软件计算结果基本满足工程需要;然后采用二维/三维的粒子模拟方法,在时域特性中,实现对离子束成形特性的理论分析及数值模拟,并开发相应的数值模拟软件及数值诊断软件,并对这一物理过程在计算机中进行分析和再现,得出时域特性中离子束成形的物理特性;最后利用同类软件横向对比测试,验证了软件的准确性及运算优势。 该项工作的研究对深入理解离子引出物理机制,进而为离子引出装置设计和优化起直接的理论指导作用。

中文关键词: 离子束成形;离子引出;时域特性;数值模拟;粒子模拟

英文摘要: plasma ion sources are widely used in ion accelerator, ion injector, fusion facility, ion propulsion appraratus, and so on. In most ion sources, the ion beam is extracted from plasma, so the study of ion beam formation is mainly focused on the ion extraction system, which decide the characteristics of the ion beam formation, such as strength and envelope of the beam、beam spot size、focus or disperses the focal properties.In turn, these characteristics will affect the performance of the application device of plasma ion sources directly. In this project, the theoretical analysis and software development about the ion extraction are performed with steady-state method and the simulation results meet basic needs of engineering. At the same time, to analyze and simulate the time-domain properties of ion beam formation, the 2D/3D particle-in-cell simulation method are adopted and the numerical simulation and diagnostic software are developed, through which the physical process of ion beam formation is reproduced and the time-domain properties of ion beam formation are obtained. By contrast of the results from these two kinds of software, the correctness of the theoretical model and the advantage of the steady-state method are verified. The project is helpful to deepen our understanding of the mechanism of ion extraction, and then provide theoretical guidance for the design and optimization of ion extraction devices.

英文关键词: ion beam formation; ion extraction; time-domain characteristics; simulation; particle-in-cell(PIC)

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