強(qiáng)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(jī)制與控制方法和強(qiáng)流離子束離子密度分布的研究概況。在此基礎(chǔ)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(jié)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(shù)選擇適當(dāng)?shù)臈l件下,還可以進(jìn)一步控制離子束的分布,達(dá)到理想應(yīng)用的目的。人們?cè)趯?duì)混沌研究的過程中,總結(jié)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(duì)混沌控制的一

2、些認(rèn)識(shí)與應(yīng)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(shí)空混沌控制方法分別做了具體闡述。強(qiáng)流離子束有著廣泛的應(yīng)用和發(fā)展前景。但是強(qiáng)流離子束在使用過程中產(chǎn)生的束暈—混沌現(xiàn)象日益引起國內(nèi)外的廣泛關(guān)注并且成為研究的熱點(diǎn)問題。本文一方面介紹了束暈—混沌的特性及其產(chǎn)生的物理機(jī)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(duì)強(qiáng)流離子束離子密度研究狀況做了簡(jiǎn)要介紹,最后對(duì)束暈—混沌的研究做了總結(jié)和展望。強(qiáng)流離子束產(chǎn)生的

3、束暈—混沌現(xiàn)象會(huì)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(xué)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(gè)非線性控制器 G：
　　Fr = ？q？Φs (x, y,s) + G
　　(1)通過改變 G 就可以達(dá)到控制束暈—混沌的目的。關(guān)于束暈—混沌的控制研究,人們總結(jié)了多種方法,并且文獻(xiàn)[1]給出了就束暈—混沌控制較好而言填充因子應(yīng)取的范圍。但束暈—混沌控

4、制前后離子束性質(zhì)的變化情況,還未見有文章報(bào)道。本文運(yùn)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(duì)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(jì)的方法,通過聯(lián)合(1)、(2)兩式求解離子運(yùn)動(dòng)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
　　？y即可研究束暈—混沌控制前后離子束性質(zhì)的變化情況。本文在上述的研究理論依據(jù)的基礎(chǔ)上做了兩方面的工作：○在周期性方波形式的聚焦磁場(chǎng)條件下,應(yīng)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(xué)碩士研究生學(xué)位論文——論文摘要后離子束離子徑向密度分布變化情況。當(dāng)填充因子分別為 0.4、0.64、0.8 時(shí),模擬研究的結(jié)果顯示,控制前,取不同填充因子時(shí),曲線雖略有差異,但不管填充因子取哪一個(gè)值,相對(duì)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(diào)分布,且有極大值出現(xiàn)?？梢娛行碾x子的運(yùn)動(dòng)較為復(fù)雜。由粒子—束核相互作用模型可知,在束核內(nèi)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(chǎng)力的作用,由于作用著不同的離子的力較為復(fù)雜,結(jié)果導(dǎo)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(shí),所得的分布曲線與沒控制時(shí)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(biāo)度為 0.4 附近,密度出現(xiàn)了極大值。當(dāng)填充因子取為 0.4 和 0.8 時(shí),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(shù)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?chǎng),給出了反映周期性聚焦磁場(chǎng)的正弦或余弦函數(shù)的曲 2線形式,并且選擇適當(dāng)?shù)膮?shù),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(jié)果表明,在無控制時(shí)束的中心部分離子分布較為集中,外圍離