強流離子束離子徑向密度分布的模擬研究.pdf

1、　　本文綜述了混沌控制原理及其控制方法,束暈—混沌的形成機制與控制方法和強流離子束離子密度分布的研究概況。在此基礎上系統(tǒng)研究了滿足 K—V 分布的離子束在束暈—混沌控制前后離子徑向密度分布的變化情況。所得到的結果表明我們可以用束暈—混沌的控制方法消除束暈—混沌,并且在參數選擇適當的條件下,還可以進一步控制離子束的分布,達到理想應用的目的。人們在對混沌研究的過程中,總結了許多控制方法。本文在綜述部分回顧了混沌控制的發(fā)展歷史和對混沌控制的一

2、些認識與應用,并且就其中的 OGY 方法,外力反饋控制法,延遲反饋控制法,時空混沌控制方法分別做了具體闡述。強流離子束有著廣泛的應用和發(fā)展前景。但是強流離子束在使用過程中產生的束暈—混沌現(xiàn)象日益引起國內外的廣泛關注并且成為研究的熱點問題。本文一方面介紹了束暈—混沌的特性及其產生的物理機制；另一方面介紹了束暈—混沌的控制策略和幾種控制方法,并且對強流離子束離子密度研究狀況做了簡要介紹,最后對束暈—混沌的研究做了總結和展望。強流離子束產生的

3、束暈—混沌現(xiàn)象會造成很大的危害,因此將束暈—混沌消除是十分必要的。中國原子能科學研究院的方錦清研究員提出了非線性反饋的控制策略,即在單離子徑向所受的空間電荷力方程的右邊加上一個非線性控制器 G：
　　Fr = ？q？Φs (x, y,s) + G
　　(1)通過改變 G 就可以達到控制束暈—混沌的目的。關于束暈—混沌的控制研究,人們總結了多種方法,并且文獻[1]給出了就束暈—混沌控制較好而言填充因子應取的范圍。但束暈—混沌控

4、制前后離子束性質的變化情況,還未見有文章報道。本文運用 PIC 模擬程序和延遲反饋控制方法,采用如下的控制器：
　　G(s) = g[rrms (s ？ S) ？ rrms (s)]
　　(2)對初始分布滿足 K—V 分布的離子束,在束暈—混沌控制前后離子徑向密度分布情況做了系統(tǒng)研究。利用統(tǒng)計的方法,通過聯(lián)合(1)、(2)兩式求解離子運動方程： d 2x
　　q ？Φs(x, y,s) = 0 (3)

5、 ds2 + kz(s)x +γbβb mc2
　　
　　3 2
　　？x d 2 y
　　q
　??？Φs(x, y,s) = 0 (4) ds2 + kz(s)y +γbβb mc2
　　
　　3 2
　?。縴即可研究束暈—混沌控制前后離子束性質的變化情況。本文在上述的研究理論依據的基礎上做了兩方面的工作：○在周期性方波形式的聚焦磁場條件下,應用延遲反饋控制

6、方法,研究了束暈—混沌前1
　　
　　
　　
　　1<；WP=3>；廣西師范大學碩士研究生學位論文——論文摘要后離子束離子徑向密度分布變化情況。當填充因子分別為 0.4、0.64、0.8 時,模擬研究的結果顯示,控制前,取不同填充因子時,曲線雖略有差異,但不管填充因子取哪一個值,相對于初始分布而言,離子的散射范圍都明顯增大,而且橫截面上的離子分布也變得不均勻起來。其大體情況是束中心部分離子較為集中,外圍離

7、子較少,密度曲線呈非單調分布,且有極大值出現(xiàn)?？梢娛行碾x子的運動較為復雜。由粒子—束核相互作用模型可知,在束核內部離子受到線性的空間電荷力；在束核外部,離子受到非線性的空間電荷力,在周期性聚焦傳輸系統(tǒng)中,失匹配束的離子還受磁場力的作用,由于作用著不同的離子的力較為復雜,結果導致離子分布曲線呈現(xiàn)上述形狀?？刂坪?在填充因子為 0.64 時,所得的分布曲線與沒控制時相比,離子的徑向分布范圍減小了,而且曲線成了單峰形狀,在束中心處的離子分布

8、比峰值處稀疏；而在半徑標度為 0.4 附近,密度出現(xiàn)了極大值。當填充因子取為 0.4 和 0.8 時,離子的徑向分布范圍也明顯縮小,不同的是,在束的中心部分出現(xiàn)了均勻分布,而且均勻部分的離子數密度比初始分布增加了許多?！鸱治隽思铀倨鞯闹芷谛跃劢勾艌?給出了反映周期性聚焦磁場的正弦或余弦函數的曲 2線形式,并且選擇適當的參數,繼續(xù)研究束暈—混沌控制前后離子徑向密度分布的變化情況。研究結果表明,在無控制時束的中心部分離子分布較為集中,外圍離