Исследование динамики сильноточных релятивистских электронных потоков в рамках подхода метода "частица-частица"

• Автор: Захарченко, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 159 с. : ил.

Содержание
Введение

1 Обзор исследований релятивистских электронных потоков

1.1 Экспериментальные исследования потоков

1.2 Обзор аналитических моделей

1.3 Нелинейные явления в сильноточных потоках

1.4 Численное моделирование нелинейных явлений

1.5 Методы распараллеливания вычислений

Выводы

2 Обоснование математической модели потока

2.1 Анализ требований к модели

2.2 Анализ используемых приближений
2.3 Механизм учёта граничных условий
2.4 Методы обработки результатов
2.5 Аналитическая модель потока в неоднородном магнитном поле
Выводы
3 Особенности численной реализации модели
3.1 Решение релятивистского уравнения движения
3.2 Моделирование процесса инжекции
3.3 Анализ методов численного интегрирования уравнения движения .
3.4 Повышение производительности модели
3.5 Ограничение расчёта поля пространственного заряда
3.6 Свойства численной модели
Выводы

4 Нелинейная динамика потоков
4.1 Прохождение тока через виртуальный катод
4.2 Поведение потока в неоднородном магнитном поле
Выводы
Заключение
Список использованной литературы
Приложение А. Анализ устойчивости модификаций метода Верле
Приложение Б. Дополнительные результаты численных экспериментов

Основные обозначения и сокращения:
- СВЧ — сверхвысокочастотный;
- СРЭП — сильноточный релятивистский электронный поток;
- ПЗ — пространственный заряд;
- ВК — виртуальный катод;
- ЭМП — электромагнитное поле;
- ЭВМ — электронно-вычислительная машина;
- Р1С — метод “частица-в-ячейке”;
- СЮ — метод “облако-в-ячейке”.

требованием это означает, что система должна работать и на системах без поддержки векторных инструкций с числами с плавающей запятой, но доработка её для использования таких инструкций должна быть минимальной;
- ручная и автоматическая конфигурация: очевидно, что пользователь должен иметь возможность вручную задать параметры моделирования; одновременно с эти часто приходится выполнять автоматическую конфигурацию для пакетного моделирования; это означает, что данные о конфигурации должны храниться в файле в формате, пригодном как для чтения и правки человеком, так и для генерации внешним скриптом моделирования.
В связи с тем, что требуется изучение поведения потока и в неустойчивых конфигурациях, повышаются требования к качеству модели; в частности, необходима максимальная уверенность в том, что наблюдаемые нестабильности являются отражением реальных физических процессов, а не являются артефактами модели. В этом требовании на самом деле отражены две грани проблемы устойчивости. С одной стороны, если модель реально стабильной системы “разваливается”, становится неустойчивой, она не применима. С другой стороны, в любой системе генераторного типа должна быть временная область, в которой амплитуды её параметров быстро (часто экспоненциально) возрастают, и только из-за нелинейности системы она может выходить в стационарный режим. Адекватная модель должна отражать и такие процессы. В связи с этим повышаются требования к устойчивости применяемых численных методов.
2.2 Анализ используемых приближений
Любая модель предполагает лишь приближённое описание моделируемого объекта, которое, тем не менее, должно обладать определённой степенью адекватности и точности. Введение приближений неизбежно, но вместе с ним необходимо