毫米波圆柱波导自由电子激光放大器的数值模拟

本文以单粒子理论为基础，在不计空间电荷效应的近似条件下推导了带轴向引导磁场的三维圆柱波导非线性模拟方程组。用CAGFEL程序计算、分析了在带入口区、常数摇摆器条件下两组不同物理参数的自由电子激光放大器的物理模型。计算结果可靠，物理图象合理。对于其中的第二组参数还着重考查了光波频率、输入功率和摇摆器场振幅改变对输出功率和效率的影响。上述这些计算结果对0．7MeV 自由电子激光放大器的设计和实验具有一定的参考价值。     

用积分方程法设计三维混合型铁磁摇摆器

本文导出了用积分方程法计算三维混合型磁铁磁场强度的方程组，以及磁体计算网络为长方体时的耦合系数，相应地编制了数值计算程序，给出了软件的磁化强度与永磁铁布局关系的数值模拟结果，最后对一种实验型高效微型混合磁铁摇摆器进行了数值计算。     

Lagrange坐标系下二维气动方程组的RKDG有限元方法

构造Lagrange坐标系下二维可压缩气动方程组的RKDG(Runge-Kutta Discontinuous Galerkin)有限元方法.将流体力学方程组和几何守恒律统-求解,所有计算都在固定的网格上进行,计算过程中不需要网格节点的速度信息.对几个数值算例进行数值模拟,得到较好的数值模拟结果.     

统一坐标系下二维气动方程组的Runge-Kutta间断Galerkin有限元方法

构造了统一坐标系下二维可压缩气动方程组的Runge-Kutta 间断Galerkin(RKDG)有限元格式. 文中将流体力学方程组和几何守恒律统一求解, 所有计算都在固定的网格上进行, 在计算过程中不需要网格节点的速度信息. 文中对几个数值算例进行了数值模拟, 得到了较好的数值模拟结果.     

二维磁流体力学程序MFCG Ⅱ与MFCG Ⅰ计算结果的对比分析

 根据磁场、电流密度和感应电流的解析公式研制了爆炸磁通压缩发生器充电和爆磁压缩过程的计算程序MFCG Ⅱ。在相同条件下用该程序和二维磁流体力学程序MFCG Ⅰ分别计算相同模型所得结果符合较好。因此用MFCG Ⅱ可分析、解释MFCG实验中有关的物理问题。     

电磁铁摇摆器磁场的二维数值计算

本文根据泊松方程用数值计算给出了电磁铁摇摆器的二维磁场分布,定量地讨论了磁极形状、磁隙大小、周期长短和电流大小等因素对峰值磁场强度的影响,重点讨论了如何根据二维磁场分布选择磁极形状才能提高峰值磁场强度和抑制磁饱和的问题。将计算的二维磁场分布和摇摆器磁场的理想波形相比较,可以帮助我们确定进入摇摆器的束流半径应该控制的范围。在对电磁铁摇摆器磁场二维数值计算的基础上,还探讨了适用ATA电子束的PALADIN摇摆器用于ETA电子束带来的结构设计和材料选择等问题。     

点火内爆靶辐射驱动不对称性全过程数值模拟

为满足分层掺杂点火内爆靶辐射驱动不对称性全过程物理分析的需求,在激光聚变二维总体程序LARED集成上发展了辐射输运建模下的多介质ALE方法-RTALE(Radiative Transfer Arbitrary-Lagrangian-Eulerian)。为提高多介质ALE方法的健壮性,发展了驰豫网格重构算法,该重构算法生成的新网格能自适应流场的变化。数值模拟了激波与气柱相互作用的RM不稳定性实验,模拟的气泡变形程度与试验结果基本一致,其中驰豫网格重构算法中的驰豫因子能够很好地反映流场密度梯度。基于辐射多群输运建模的LARED集成程序能够完整模拟辐射驱动不对称性条件下掺杂点火靶二维内爆过程,克服了传统ALE方法计算不下去和算不好的困难,界面变形程度也符合物理分析。     

激光辐照金属/炸药复合介质温度场的数值模拟

 当激光辐照金属/炸药复合介质外表面时,在变物性及界面有接触热阻的条件下,用二维线性瞬态导焓方程,数值计算了介质内部温度场时空分布。作为特例,将常物性及无接触热阻下的数值解与相同条件下的二维线性瞬态导热方程的解析解相比较,结果表明数值法的计算程序及结果是可信的。     

腔靶的激光吸收和有质动力

我们对二维激光传播(HEATER)程序进行了开发研究。利用它对腔靶的吸收和有质动力作二维数值模拟,得到了不同脉冲形状的吸收效率和有质动力的二维分布。这些结果和实验符合较好。     

用质点源方法计算二维系统电磁脉冲问题中的初级电流

本文用质点源方法求解了二维SGEMP问题中的初级电流,在麦克斯韦方程组,次级电子的能量方程、速度方程和其他计算条件与文献[1]相同的条件下,得到的初级电流和电磁脉冲的结果与[1]的结果符合较好。     

Studies of classical radiation emission from plasma wave undulators

The authors examine the characteristics of the classical radiation emitted by a relativistic electron beam that propagates perpendicularly through a large amplitude relativistic plasma wave. Such a study is useful for evaluating the feasibility of using relativistic plasma waves as extremely short wavelength undulators for generating short wavelength radiation. The electron trajectories in a plasma wave undulator are obtained using perturbation techniques and are then compared to numerical simulation results. The frequency spectrum and angular distribution of the spontaneous radiation emitted by a single electron and the stimulated radiation gain are obtained analytically, and are then compared to 3-D numerical simulations. The characteristics of the plasma wave undulator are compared to the AC free-electron laser (FEL) undulator and the conventional FEL     

自由电子激光放大啁啾脉冲的数值模拟

 利用1维非定态程序对单程自由电子激光(FEL)放大器放大线性啁啾脉冲的过程进行了数值模拟,得到了不同啁啾参数的脉冲通过FEL放大器的增益曲线,计算了不同啁啾参数的脉冲被单程FEL放大器放大后的腔外压缩情况。通过对数值模拟结果的定性分析得出：影响输出脉冲宽度和峰值功率的主要因素是FEL放大器的增益线宽和啁啾参数,并以此说明,通过先使用FEL放大器放大啁啾脉冲、然后再将其在腔外压缩的方法产生超短脉冲FEL是可行的。     

横向模谱方法的三维FEL振荡器的数值模拟

用新的３－ＤＨＧＦＥＬ程序分别计算分析了无限长、有限长和短电子束微脉冲产生的自由电子激光的特性。在前两种情况下得到的结果与原有的３－ＤＯＳＩＦＥＬ程序计算得到的结果符合较好，而３－ＤＨＧＦＥＬ程序所用机时可大大缩短。在后一种情况下初步计算分析了北京自由电子激光器的光场演化特性。     

自由电子激光的计算机模拟

本文使用1(2/2)维电磁相对论粒子程序对自由电子激光进行计算机模拟。在线性段,计算机模拟与用解析理论计算的增长率符合很好。与没有轴向引导磁场的自由电子激光相比,加一弱轴向引导磁场时,Wiggler场的强度可降得较低。加一强轴向引导磁场时,波能量达到饱和水平所需时间较短。     

稳定波长反馈引起的失谐对自由电子激光的影响

 利用修改的一维非定态程序,基于美国杰弗逊实验室（JLab）Demo自由电子激光装置的参数,对高功率自由电子激光振荡器稳定波长的反馈系统进行了数值模拟。电子微脉冲为高斯型分布,每个纵向网格中取16个模拟宏电子,不考虑电子束的能散度。结果表明：当无反馈时,腔内光功率和波长都可以在一定范围内稳定;加入反馈后,由于电子束能量的变化所引起的等效失谐对整个系统有着重要的影响,甚至可能导致电子和光场失去相互作用,从而使得装置不能工作。提出应该在光场达到饱和以后再启动稳定波长反馈系统。模拟结果证明,该实施方案是合理有效的,可以避免其对FEL运行的严重影响。     

三维RC网络仿真异质材料的通用介质响应

提出了一种三维RC网络模型,并采用MATLAB及C语言对该模型进行编码、建模和仿真,得到了该网络的归一化复介电常数.分别计算了元件数为54,144,300,540和882的三维RC网络,结果表明,元件数为300及其以上的网络,其通用介质响应(UDR)特性趋于稳定;获得了电容分别为100nF,10nF,1nF和100pF时,540个元件RC网络的归一化复介电常数与频率关系的仿真结果;仿真了540个元件的RC网络中,电阻比例分别为4％,7％,10％,16％和33％时,归一化复介电常数与角频率ω的 关键词： 三维RC网络 异质材料 介电常数 通用介质响应     

Sustained saturation in a free-electron laser oscillator at perfect synchronism of an optical cavity.

The first observation of sustained saturation in a free-electron laser (FEL) oscillator at perfect synchronism of an optical cavity is presented. A simultaneous measurement of FEL power and absolute detuning length of the optical cavity ( deltaL) has clearly shown that the FEL efficiency becomes maximum at deltaL = 0.0+/-1 microm, although it has been considered that only a transient state exists at deltaL = 0 due to the well-known laser lethargy effect. The observed efficiency detuning curve is well reproduced by our numerical simulation including a small shot-noise effect.     

Numerical Simulation of 2-D Radiation-Drive Ignition Implosion Process

A Lagrangian compatible radiation hydrodynamic algorithm and the nuclear dynamics computing module are developed and implemented in the LARED Integration code, which is a radiation hydrodynamic code based on the 2-D cylindrical coordinates for the numerical simulation of the indirect-drive Inertial Confined Fusion. A number of 1-D and 2-D ignition implosion numerical simulations by using the improved LARED Integration code (ILARED) are presented which show that the 1-D numerical results are consistent with those computed by the 1-D radiation hydrodynamic code RDMG, while the simulation results of the 2-D low-mode radiative asymmetry and hydrodynamic instability growth,according to the physical analysis and anticipation, are satisfactory. The capsules driven by the sources from SGII experiments are also simulated by ILARED, and the fuel shapes agree well with the experimental results. The numerical simulations demonstrate that ILARED can be used in the simulation of the 1-D and 2-D ignition capsule implosion using the multi-group diffusion model for radiation.     

同轴型爆磁压缩发生器1维磁扩散模型

 基于１维爆轰驱动模型、爆炸管与金属固壁的１维磁扩散模型及回路等效电路模型，编制了关于轴线起爆大电流同轴型爆磁压缩发生器的数值模拟程序CEMG2.0。应用该程序对洛斯·阿拉莫斯实验室设计试验的43 cm长Ranchero发生器进行了对比模拟，结果证明CEMG2.0程序所采用的模型是合理的，可以应用于今后同类发生器的优化设计。     

变参数波振器中小信号增益公式

利用微扰展开技术推导出变参数波振器的小信号增益两个近似求积表达式并将其计算结果与数值模拟结果进行了比较,二者吻合很好。利用近似解析式对小信号增益进行了初步探讨,得到了电子入射能量可低于初始谐振能,能散度允许范围受波振器设计影响以及降低锥度改变率可提高小信号增益等新结论。