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高功率单孔柱-孔汇聚传输结构的电磁粒子仿真

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吴撼宇, 曾正中, 邱孟通, 张信军, 郭宁, 魏浩. 2019: 高功率单孔柱-孔汇聚传输结构的电磁粒子仿真, 物理学报, 68(17): 272-280. doi: 10.7498/aps.68.20190535
引用本文: 吴撼宇, 曾正中, 邱孟通, 张信军, 郭宁, 魏浩. 2019: 高功率单孔柱-孔汇聚传输结构的电磁粒子仿真, 物理学报, 68(17): 272-280. doi: 10.7498/aps.68.20190535
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Wu Han-Yu, Zeng Zheng-Zhong, Qiu Meng-Tong, Zhang Xin-Jun, Guo Ning, Wei Hao. 2019: Electromagnetic particle-in-cell simulation of high-power single-hole post-hole convolute, Acta Physica Sinica, 68(17): 272-280. doi: 10.7498/aps.68.20190535
Citation: Wu Han-Yu, Zeng Zheng-Zhong, Qiu Meng-Tong, Zhang Xin-Jun, Guo Ning, Wei Hao. 2019: Electromagnetic particle-in-cell simulation of high-power single-hole post-hole convolute, Acta Physica Sinica, 68(17): 272-280. doi: 10.7498/aps.68.20190535
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高功率单孔柱-孔汇聚传输结构的电磁粒子仿真

  • 西北核技术研究院,强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室,西安 710024

Electromagnetic particle-in-cell simulation of high-power single-hole post-hole convolute

  • 摘要: 柱-孔汇聚结构(PHC)附近高功率脉冲电流的损失是脉冲功率技术领域的研究热点,是研制下一代大型脉冲功率装置的技术瓶颈.本文建立了单孔柱-孔汇聚结构的3维仿真模型,采用粒子(PIC)仿真算法,分别在阴极发射电子以及阴极等离子体等情况下,计算了单孔柱-孔汇聚结构的电流传输特性,首次在仿真过程中考虑了阴极负离子的运动对单孔PHC阴阳极间隙闭合的影响.仿真结果表明阴极等离子体导致了阴阳极间距明显地缩短,从而引起电流损失.同时获得了阴极等离子体平均扩展速度为3.76 cm/μs.更为重要的是,当阴极等离子体中含有负离子时,单孔柱-孔汇聚结构电流损失的现象更为显著.同时获得了负离子平均漂移速度约为10 cm/μs.仿真结果显示阴极负离子在PHC阴阳极间隙闭合过程中,同样发挥了显著的作用,是阴阳极间隙闭合的重要因素之一.研究结果有助于深入理解高功率PHC电流损失的物理机理,也可为高功率PHC的设计提供重要理论基础.
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高功率单孔柱-孔汇聚传输结构的电磁粒子仿真

  • 西北核技术研究院,强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室,西安 710024

摘要: 柱-孔汇聚结构(PHC)附近高功率脉冲电流的损失是脉冲功率技术领域的研究热点,是研制下一代大型脉冲功率装置的技术瓶颈.本文建立了单孔柱-孔汇聚结构的3维仿真模型,采用粒子(PIC)仿真算法,分别在阴极发射电子以及阴极等离子体等情况下,计算了单孔柱-孔汇聚结构的电流传输特性,首次在仿真过程中考虑了阴极负离子的运动对单孔PHC阴阳极间隙闭合的影响.仿真结果表明阴极等离子体导致了阴阳极间距明显地缩短,从而引起电流损失.同时获得了阴极等离子体平均扩展速度为3.76 cm/μs.更为重要的是,当阴极等离子体中含有负离子时,单孔柱-孔汇聚结构电流损失的现象更为显著.同时获得了负离子平均漂移速度约为10 cm/μs.仿真结果显示阴极负离子在PHC阴阳极间隙闭合过程中,同样发挥了显著的作用,是阴阳极间隙闭合的重要因素之一.研究结果有助于深入理解高功率PHC电流损失的物理机理,也可为高功率PHC的设计提供重要理论基础.

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