Математическое моделирование переходного излучения в физике высоких энергий

• Автор: Савельев, Валерий Иванович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Обнинск
• Количество страниц: 291 с. : ил

1 Математическое моделирование и вычислительный эксперимент

в физике высоких энергий

1.1 Общая структура вычислительного и натурного эксперимента в

физике высоких энергий

1.2 Метод Монте Карло в экспериментальной физике высоких энергий

1.3 Вычислительные средства для проведения моделирования и анализа данных в экспериментах физики высоких энергий .

1.3.1 Структура вычислительных средств экспериментов физики

высоких энергий

1.3.2 Система вычислительных средств эксперимента НЕЯАВ .

1.3.3 Специализированный вычислительный кластер первого уровня

1.3.4 Система вычислительных кластеров анализа второго, третьего уровня.

1.3.5 Структура и оборудование вычислительного кластера
уровня.
1.4 Структура программного обеспечения моделирования и анализа
эксперимента НЕЯАВ
1.4.1 Принципы и система программного обеспечения .
1.4.2 Математическая модель спектрометра НЕИАВ
1.4.3 Система анализа и визуализации данных в эксперименте
НЕЛАВ.
2 Математическое моделирование переходного излучения в физике высоких энергий
2.1 Моделирование и анализ переходного излучения практическая теория
2.1.1 Математическое моделирование переходного излучения в физике высоких энергий.
2.1.2 Анализ МонтеКарло методов и программ моделирования переходного излучения в физике высоких энергий
2.2 Программный пакет моделирования и анализа переходного излучения для физики высоких энергий
2.2.1 Структура программного пакета моделирования и анализа переходного излучения
2.2.2 Моделирование геометрии экспериментальных установок .
2.2.3 Моделирование физических процессов возникновения п расносграненни переходного излучения, ионизационные процессы.
2.2.4 Использование баз данных генерации переходного излучения. фотопоглощения фотонов и нонозационнмх потерь энергии
2.2.5 Метод Монте Карло моделирования переходного излучения
2.2.6 Основные процессы, включенные в пакет математического моделирования
2.3 Экспериментальная проверка моделей переходного излучения .
2.3.1 Экспериментальные исследования переходного излучения эксперимента .
2.3.2 Экспериментальные исследования эксперимента .
3 Математические методы в теории переходного излучения
3.1 Уравнения Максвелла для заряженной элементарной частицы . .
3.2 Решение уравнений электромагнитного поля заряженной элементарной частицы в потенциалах .
3.2.1 Электромагнитные скалярный и векторный потенциалы элементарной заряженной частицы
3.2.2 Потенциалы электромагнитного поля заряженной частицы
в близких областях.
3.3 Релятивистские соотношения для электромагнитного поля заряженной частицы.
3.3.1 Основные положения
3.3.2 Преобразование Лоренца
3.3.3 Основные соотношения релятивистской электродинамики
для заряженной частицы
3.3.4 Излучение заряженной часгицы в произвольном движении
3.3.5 Прямолинейное движение заряженной частицы с постоянной скоростью
3.4 Электромагнитные поля в случае разрывных сред.
3.4.1 Граничные условия в уравнениях Максвелла
3.4.2 Разрыв нормальных компонент электромагнитного поля. .
3.4.3 Тангенциальные компоненты электромагнитного поля. . . .
3.4.4 Волновое представление границы раздела сред с различными диэлектрическими свойствами.
3.4.5 Граница раздела и электромагнитное излучение в газах . .
3.4.6 Электромагнитное излучение на границе диэлектрической среды
3.4.7 Электромагнитное излучение на границе проводников . . .
3.5 Фукциональныг решения уравнений дивергентного вида, содержащие разрывные операторы под знаком производных.
3.5.1 Методы решения функциональные решения систем законов сохранения.
3.5.2 Соотношения, описывающие разрывы векторов электромагнитною поля.
4 Анализ физических моделей переходного излучения
4.1 Введение
4.2 Переходное излучение, модель Гикзбурга Франка.
4.3 Волновая модель переходного излучения.
4.4 Модель переходною излучения с учетом преволновой зоны и областей близких к траектории движения частицы.
4.4.1 Основные положения
4.4.2 Уравнения Максвелла для заряженной частицы в однородных средах.
4.4.3 Форма электромагнитных потенциалов движущейся заряженной частицы
4.4.4 Потенциалы заряженной частоцы при наличии границы раздела.
4.4.5 Переходное излучение заряженной частицы при пересечении границы раздела сред
4.4.6 Потоки электромагнитной энергии движущейся заряженной частицы при наличии границы раздела сред
4.4.7 Направленность потоков энергии переходного излучения .
4.5 Анализ физических приближений в теории переходного излучения
4.5.1 Поверхностные явления при прохождении заряда границы вакуум металл.
4.5.2 Переходное излучение и ускоряющийся заряд.
4.5.3 Функциональные решения и уравнения Максвелла для заряженной застилы
5 Полномасштабные натурные н вычислительные эксперименты с использование детекторов переходного излучения
5.1 Эксперимент .
5.1.1 Физическая программа
5.1.2 Спектрометр эксперимента АВ .
5.1.3 Детектор переходного излучения эксперимента . .
5.2 эксперимент
5.2.1 Физическая программа
5.2.2 Спектромегр.
5.2.3 Детектор переходного излучения эксперимента
5.3 Эксперимент на линейном коллайдере нового поколения
и обласи энергий 1 V
5.3.1 эксперимент.
5.3.2 Детектор переходного излучения спектрометра . .
Заключение
Введение


Представлены энергетическое и угловое распределения переходного излучения для псевдопериодического радиатора. База данных, включающая сечения фотопоглощения в области рентгеновского переходного излучения 1 V0 кер с гибкими алгоритмами выборки и интерполяционными алгоритмами. Алгоритмы интерфейса программ моделирования переходного излучения для программной среды , включающей использование структур общих блоков данных и программ трассировки частиц для фотонов переходиого излучения. Кроме основных программ, перечисленных выше, библиотека включает дополнительные программы моделирования ионизационных потерь в тонких слоях для рел яти висте к их частиц. Выполнено полное описание формирования электронного сигнала в пропорциональных тазовых детекторах и аналоговой электроники с возможностью получения амплитудного распределения и временных зависимостей распределение времени дрейфа, а также учет шумовых характеристик аналоговой электроники. Приведено тестирование результатов моделирования методом МонтеКарло на основе сравнения их с соответствующими экспериментальными измерениями. Приведены результаты сравнения данных проведенного тестирования прототипа детектора переходного излучения с данными математического моделирования. Точность, полученная в ходе исследований, составляет 5 . Содержание третьей главы связано с математическими методами в теории переходного излучения, основанными на классической электродинамике уравнениях Максвелла. Данная глава носит, посуществу, обзорный характер и ее результаты являются вспомогательными для использования в анализе физических моделей переходного излучения. В параграфах 1 2 приведены точные решения для различных задач вычисления электромагнитных полей точечного электрического заряда, представляющего элементарные частицы. Приведены выражения, описывающие движение заряда и соответствующих электромагнитных нолей в релятивистских условиях и условия возникновения электромагнитного излучения. Определены проблемы решения электромагнитных соотношений, учитывающих временные зависимости электромагнитного поля в случае, равномерной и прямолинейного движения заряда. Важным замечанием является вывод, что исследование переходного излучения, т. Обсуждается случай с разрывными по своим электромагнитным характеристикам средами. Этот случай связан с решениями дифференциальных уравнений в классах так называемых функциональных решений систем законов сохранения . Математический анализ физических моделей переходного излучения при пересечении заряженной частицей границы раздела сред с различными диэлектрическими свойствами приведен в четвертой главе. Возникновение электромагнитного излучения при движении частицы через границу со скачкообразным изменением диэлектрических свойств среды, как отхечено ранее, нредсказаное в г. В.Гинзбургом и И. Франком названо переходным излучением. В первом параграфе главы 4 приведено рассмотрение физической модели переходного излучения, принадлежащей В. Гинзбургу и И. Франку. Параграф 4. Дан обзор существующих работ по данной тематике . Далее проведан анализ динамики движения заряженной частицы и ее электромагнитных нолей на основе системы уравнений Максвелла и в разделе 4. В разделе 4. Максвелла исследуются свойства переходного излучения, возникающего при пересечении заряженной частицей скачка диэлектрической проницаемости. На основе этих результатов в разделе 4. Данные формулы имеют одинаковый вид для излучения вперед по направлению движения заряженной частицы так и в обратном направлении. С другой стороны могут быть сделаны два важных замечания. Полная энергия излучения в обратном направлении относительно вектора скорости заряженной частицы значительно меньше посравнению с излучением вперед. Оценка, дающая отношение потоков переходного излучения вперед и назад, относительно вектора скорости заряженной частицы, имеет следующий вид е2 з2с2. Для высоких частот величина с2 1 и видимо, имеет место подавление высокочастотной составляющей в обратном направлении. Т.е. Асимптотическое приближение данных соотношений соответствует выводам, полученным В. Гинзбургом и И. Франком.