真空二極管在涉及到高電壓（>300kV）、強(qiáng)電流（>1kA）電子束的諸多領(lǐng)域中都有重要應(yīng)用,它是獲得強(qiáng)流電子束、X射線、γ射線、高功率微波以及強(qiáng)激光等的關(guān)鍵部件。真空二極管的建模和仿真分析是對其進(jìn)行深入研究的重要技術(shù)措施,已受到諸多專家的重視。一方面,真空二極管等真空弧放電產(chǎn)生等離子體時(shí)一般包含非常強(qiáng)的非線性物理過程,所以無法運(yùn)用純理論方法進(jìn)行精確解析求解;另一方面,如果采用實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行研究,則所需費(fèi)用較高且費(fèi)時(shí)又費(fèi)力�；谝陨显�,加之計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展和應(yīng)用,近年來開發(fā)了不少專門用于等離子體數(shù)值模擬研究的大型程序和商業(yè)軟件。本文基于ArcPIC粒子模擬程序,應(yīng)用PIC-MCC方法研究了圓柱型軸對稱真空二極管的放電特性。其中,ArcPIC程序是2014年由歐洲核子研究中心的K.Sjobak和H.Timko等聯(lián)合開發(fā)和完善的用于數(shù)值模擬研究分析真空弧放電產(chǎn)生等離子體的大型程序。首先,本文對真空二極管的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)分析和介紹,給出了圓柱型軸對稱真空二極管的具體模型及參數(shù);然后,從理論的角度系統(tǒng)而詳細(xì)地分析了 PIC-MCC粒子模擬方法的基本原理和模擬計(jì)算過程;最后,基于A... 

【文章來源】：華北電力大學(xué)(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：55 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２－１有限大小宏粒子間的作用力??

?＊＋Ｊ／２??圖２－２粒子模擬蛙跳格式??進(jìn)行粒子模擬計(jì)算時(shí)，對空間也要進(jìn)行離散化處理。如圖２－３所示，是離散電??場和磁場分量在空間的排布情況，即所謂的Ｙｅｅ元胞。由Ｙｅｅ元胞排列構(gòu)成的整個(gè)??空間網(wǎng)格中，每一個(gè)磁場分量被四個(gè)電場分量環(huán)繞，每一個(gè)電場分量也被四個(gè)磁場??分量包圍。電磁場分量的這種空間取樣方式，不僅適合方程的差分計(jì)算，而且符合??安培定律和法拉第感應(yīng)定律的自然結(jié)構(gòu)，可以很好地描述電磁場的傳播特性。由圖??可知，在不同方向上的電場和磁場分量位于不同方向空間全網(wǎng)格或半網(wǎng)格位置，即??使用的是具有二階精度的傳統(tǒng)中心差分方法。在進(jìn)行空間離散化處理時(shí)，粒子的位??置、受力和速度在空間上是連續(xù)分布的，但粒子產(chǎn)生的電流密度場和電荷密度場得??定義在Ｙｅｅ元胞上

ｉＨ－ｌ／２?＊＋Ｊ／２??圖２－２粒子模擬蛙跳格式??進(jìn)行粒子模擬計(jì)算時(shí)，對空間也要進(jìn)行離散化處理。如圖２－３所示，是離散電??場和磁場分量在空間的排布情況，即所謂的Ｙｅｅ元胞。由Ｙｅｅ元胞排列構(gòu)成的整個(gè)??空間網(wǎng)格中，每一個(gè)磁場分量被四個(gè)電場分量環(huán)繞，每一個(gè)電場分量也被四個(gè)磁場??分量包圍。電磁場分量的這種空間取樣方式，不僅適合方程的差分計(jì)算，而且符合??安培定律和法拉第感應(yīng)定律的自然結(jié)構(gòu)，可以很好地描述電磁場的傳播特性。由圖??可知，在不同方向上的電場和磁場分量位于不同方向空間全網(wǎng)格或半網(wǎng)格位置，即??使用的是具有二階精度的傳統(tǒng)中心差分方法。在進(jìn)行空間離散化處理時(shí)，粒子的位??置、受力和速度在空間上是連續(xù)分布的

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[3]場致爆炸發(fā)射陰極表面微凸起熱效應(yīng)的數(shù)值研究[J]. 左應(yīng)紅,王建國,范如玉,朱金輝,牛勝利.  計(jì)算物理. 2013(05)
[4]陰極微凸起形狀對熱不穩(wěn)定性的影響[J]. 左應(yīng)紅,王建國,范如玉,朱金輝,牛勝利.  強(qiáng)激光與粒子束. 2013(03)
[5]二極管間隙距離對場致發(fā)射過程中空間電荷效應(yīng)的影響[J]. 左應(yīng)紅,王建國,范如玉.  物理學(xué)報(bào). 2012(21)
[6]基于庫侖定律的二極管空間電荷限制效應(yīng)研究[J]. 左應(yīng)紅,王建國,朱金輝,范如玉.  物理學(xué)報(bào). 2012(16)
[7]二極管爆炸發(fā)射陰極等離子體的膨脹擴(kuò)展[J]. 左應(yīng)紅,王建國,朱金輝,范如玉.  強(qiáng)激光與粒子束. 2012(06)
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[9]3維全電磁粒子模擬大規(guī)模并行程序NEPTUNE[J]. 董燁,陳軍,楊溫淵,趙強(qiáng),夏芳,肖麗,馬彥,廖麗,孫會(huì)芳,董志偉,周海京,陳虹,莫?jiǎng)t堯.  強(qiáng)激光與粒子束. 2011(06)
[10]低溫等離子體數(shù)值模擬方法的分析比較[J]. 袁忠才,時(shí)家明,黃勇,馬柳.  核聚變與等離子體物理. 2008(03)

博士論文
[1]電磁粒子模擬方法及其應(yīng)用研究[D]. 周俊.電子科技大學(xué) 2009
[2]帶電粒子與場互作用中粒子模擬方法研究[D]. 劉大剛.電子科技大學(xué) 2009
[3]等離子體應(yīng)用技術(shù)的數(shù)值模擬研究[D]. 丁可.復(fù)旦大學(xué) 2006

碩士論文
[1]觸發(fā)型真空弧離子源放電特性研究[D]. 萬翔.中國工程物理研究院 2014



本文編號：3073539