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Ta及Nanbu库仑碰撞模型数值对比研究

王辉辉 杨超 刘大刚 蒙林 刘腊群 夏蒙重

Ta及Nanbu库仑碰撞模型数值对比研究

王辉辉, 杨超, 刘大刚, 蒙林, 刘腊群, 夏蒙重
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  • 深入研究库仑碰撞, 对两种库仑碰撞模型Ta模型与Nanbu模型在理论上进行了对比分析, 详细阐述了两种模型中散射角大小的区别. 在已有的采用Ta模型的全三维粒子模拟/蒙特长罗 (PIC/MCC) 算法基础上, 采用Nanbu模型对电子间库仑碰撞计算模块重新进行了算法设计. 分别应用Ta模型、Nanbu模型和无库仑碰撞的全三维PIC/MCC算法对国外热门负氢离子源JAEA 10 A中的电子能量沉积进行了模拟分析. 模拟结果与实验结果的对比分析发现: 1) 库仑碰撞使电子能量分布更接近于麦克斯韦分布; 2) 相对于传统的Ta模型, Nanbu模型的散射角考虑了多体碰撞的累加效果从而具有更高的期望值, 按其模拟得到的电子温度具有更高的精度. 这些为国内外学者设计相关算法指明了方向.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 60971034, 11175040)资助的课题.
    [1]

    Yang C, Liu D G, Wang H H, Yang Y P, Liao F Y, Liu L Q, Peng K, Xia M Z 2012 Acta Phys. Sin. 61 235201 (in Chinese) [杨超, 刘大刚, 王辉辉, 杨宇鹏, 廖方燕, 刘腊群, 彭凯, 夏蒙重 2012 物理学报 61 235201]

    [2]

    Yang C, Liu D G, Xia M Z, Wang H H, Wang X M, Liu L Q, Peng K 2012 Acta Phys. Sin. 61 185204 (in Chinese) [杨超, 刘大刚, 夏蒙重, 王辉辉, 王小敏, 刘腊群, 彭凯 2012 物理学报 61 185204]

    [3]

    Tobari H, Hanada M, Kashiwagi M, Taniguchi M, Umeda N, Watanabe K, Inoue T, Sakamoto K, Takado N 2008 Rev. Sci. Instrum. 79 02C111

    [4]

    Inoue T, Tobari H, Takado N, Hanada M, Kashiwagi M, Hatayama A, Wada M, Sakamoto K 2008 Rev. Sci. Instrum. 79 02C112

    [5]

    Katoh K, Takado N, Hatayama A, Hanada M, Seki T, Inoue T 2006 Rev. Sci. Instrum. 77 03A535

    [6]

    Hanada M, Seki T, Takado N, Inoue T, Tobari H, Mizuno T, Hatayama A, Dairaku M, Kashiwagi M, Sakamoto K, Taniguchi M, Watanabe K 2006 Rev. Sci. Instrum. 77 03A515

    [7]

    Fujino I, Hatayama A, Takado N, Inoue T 2008 Rev. Sci. Instrum. 79 02A510

    [8]

    Terasaki R, Fujino I, Hatayama A, Mizuno T, Inoue T 2010 Rev. Sci. Instrum. 81 02A703

    [9]

    Yang C, Liu D G, Wang X M, Liu L Q, Wang X Q, Liu S G 2012 Acta Phys. Sin. 61 045204 (in Chinese) [杨超, 刘大刚, 王小敏, 刘腊群, 王学琼, 刘盛纲 2012 物理学报 61 045204]

    [10]

    Yang C, Liu D G, Wang X Q, Wang X M, Xia M Z, Peng K 2012 Acta Phys. Sin. 61 105206 (in Chinese) [杨超, 刘大刚, 王学琼, 王小敏, 夏蒙重, 彭凯 2012 物理学报 61 105206]

    [11]

    Takizuka T, Abe H 1977 J. Comp. Phys. 25 205

    [12]

    Nanbu K 1997 Phys. Rev. E 55 4642

    [13]

    Wang C, Lin T, Caflisch R, Cohen B, Dimits A 2008 J. Comp. Phys. 227 4308

    [14]

    Chen F F 1984 Introduction to Plasma Physics (New York: Plenum Press) p229

  • [1]

    Yang C, Liu D G, Wang H H, Yang Y P, Liao F Y, Liu L Q, Peng K, Xia M Z 2012 Acta Phys. Sin. 61 235201 (in Chinese) [杨超, 刘大刚, 王辉辉, 杨宇鹏, 廖方燕, 刘腊群, 彭凯, 夏蒙重 2012 物理学报 61 235201]

    [2]

    Yang C, Liu D G, Xia M Z, Wang H H, Wang X M, Liu L Q, Peng K 2012 Acta Phys. Sin. 61 185204 (in Chinese) [杨超, 刘大刚, 夏蒙重, 王辉辉, 王小敏, 刘腊群, 彭凯 2012 物理学报 61 185204]

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    Tobari H, Hanada M, Kashiwagi M, Taniguchi M, Umeda N, Watanabe K, Inoue T, Sakamoto K, Takado N 2008 Rev. Sci. Instrum. 79 02C111

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    Inoue T, Tobari H, Takado N, Hanada M, Kashiwagi M, Hatayama A, Wada M, Sakamoto K 2008 Rev. Sci. Instrum. 79 02C112

    [5]

    Katoh K, Takado N, Hatayama A, Hanada M, Seki T, Inoue T 2006 Rev. Sci. Instrum. 77 03A535

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    Hanada M, Seki T, Takado N, Inoue T, Tobari H, Mizuno T, Hatayama A, Dairaku M, Kashiwagi M, Sakamoto K, Taniguchi M, Watanabe K 2006 Rev. Sci. Instrum. 77 03A515

    [7]

    Fujino I, Hatayama A, Takado N, Inoue T 2008 Rev. Sci. Instrum. 79 02A510

    [8]

    Terasaki R, Fujino I, Hatayama A, Mizuno T, Inoue T 2010 Rev. Sci. Instrum. 81 02A703

    [9]

    Yang C, Liu D G, Wang X M, Liu L Q, Wang X Q, Liu S G 2012 Acta Phys. Sin. 61 045204 (in Chinese) [杨超, 刘大刚, 王小敏, 刘腊群, 王学琼, 刘盛纲 2012 物理学报 61 045204]

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    Yang C, Liu D G, Wang X Q, Wang X M, Xia M Z, Peng K 2012 Acta Phys. Sin. 61 105206 (in Chinese) [杨超, 刘大刚, 王学琼, 王小敏, 夏蒙重, 彭凯 2012 物理学报 61 105206]

    [11]

    Takizuka T, Abe H 1977 J. Comp. Phys. 25 205

    [12]

    Nanbu K 1997 Phys. Rev. E 55 4642

    [13]

    Wang C, Lin T, Caflisch R, Cohen B, Dimits A 2008 J. Comp. Phys. 227 4308

    [14]

    Chen F F 1984 Introduction to Plasma Physics (New York: Plenum Press) p229

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出版历程
  • 收稿日期:  2012-05-05
  • 修回日期:  2012-05-15
  • 刊出日期:  2013-01-05

Ta及Nanbu库仑碰撞模型数值对比研究

  • 1. 电子科技大学 物理电子学院, 成都 610054
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 60971034, 11175040)资助的课题.

摘要: 深入研究库仑碰撞, 对两种库仑碰撞模型Ta模型与Nanbu模型在理论上进行了对比分析, 详细阐述了两种模型中散射角大小的区别. 在已有的采用Ta模型的全三维粒子模拟/蒙特长罗 (PIC/MCC) 算法基础上, 采用Nanbu模型对电子间库仑碰撞计算模块重新进行了算法设计. 分别应用Ta模型、Nanbu模型和无库仑碰撞的全三维PIC/MCC算法对国外热门负氢离子源JAEA 10 A中的电子能量沉积进行了模拟分析. 模拟结果与实验结果的对比分析发现: 1) 库仑碰撞使电子能量分布更接近于麦克斯韦分布; 2) 相对于传统的Ta模型, Nanbu模型的散射角考虑了多体碰撞的累加效果从而具有更高的期望值, 按其模拟得到的电子温度具有更高的精度. 这些为国内外学者设计相关算法指明了方向.

English Abstract

参考文献 (14)

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