五种初始分布强流离子束的径向密度分布和晕离子的径向概率分布研究

论文摘要

本文分别综述了混沌控制原理及几种与本文相关的控制方法,强流离子束中束晕-混沌的基本动力学行为及特性、几种主要形成机制,束晕-混沌控制现状和束密度研究现状。在此基础上研究了五种不同初始分布的强流离子束在束晕—混沌控制前后的束离子径向密度分布变化情况和离子径向运动情况,并进一步对形成晕的离子在径向的概率分布进行研究。所得到的结果表明:我们可以运动束晕-混沌控制方法来消除束晕-混沌,并定性地说明了束晕-混沌控制的有效性。人们在研究研究混沌控制中提出了许多种控制方法,在综述部分选取了与本文相关的一些混沌控制反馈方法:OGY 方法、时间延迟反馈法、时空混沌控制方法。强流离子束有着广泛的应用和发展前景。强流离子束在使用过程中产生的束晕—混沌现象也日益引起国内外的广泛关注并且成为研究的热点问题。本文首先介绍了束晕—混沌的特性及其产生的物理机制,再介绍了束晕—混沌的控制策略和几种有效控制方法比较,并且对强流离子束离子密度研究状况做了简要介绍,最后对束晕—混沌的研究做了总结和展望。强流离子束产生的束晕—混沌现象会造成很大的危害,因此将束晕—混沌消除是十分必要的。中国原子能科学研究院的方锦清研究员提出了非线性反馈的控制策略,即在单离子径向所受的空间电荷力方程的右边加上一个非线性控制器G: Fr = -q（?）Φs（ x,y,s）+G 通过改变G 就可以达到控制束晕—混沌的目的。关于初始分布满足K-V 分布的离子束在控制前后束离子性质的变化[1]和离子运动情况[2]已有研究,但对于不同初始分布的离子束,这方面的工作还未见有文章报道。本文运用PIC 模拟程序和已提出的延迟反馈控制方法,对初始分布分别满足水袋分布,抛物线分布,3-sigma 高斯分布和全高斯分布的离子束的情况,主要做以下两个方面的研究工作。（1） 控制前后的离子束径向密度分布的有关规律。对于这方面的工作,文献[1]已对初始分布满足K-V 分布情形,研究了束晕—混沌控制前后离子束离子径向密度分布变化情况。

论文目录

• 前言
• 第一章 混沌控制原理简述及与本文相关的控制方法介绍
• 1.1 混沌控制原理简述
• 1.2 OGY 控制方法
• 1.3 延迟反馈控制法
• 1.4 时空混沌的控制方法
• 小结
• 第二章 离子束中束晕-混沌的基本动力学行为及特性和主要形成机制介绍
• 2.1 束晕-混沌的基本动力学方程行为和特性
• 2.1.1 束晕-混沌的基本动力学方程行为
• 2.1.2 束晕-混沌的基本动力学特
• 2.2 束晕-混沌产生的主要物理机制
• 2.2.1 空间电荷的非线性效应
• 2.2.2 丝化效应
• 2.2.3 粒子-束核相互作用
• 2.2.4 共振覆盖导致混沌
• 2.2.5 量子混沌
• 2.3 三维离子束的束晕-混沌形成理论及研究结果
• 第三章 束晕-混沌的控制研究和束离子密度分布研究的现状
• 3.1 理论模型
• 3.2 束晕-混沌可控性的定性理论分析
• 3.3 束晕-混沌控制方法的研究进展现状
• 3.4 束离子密度研究现状
• 3.4.1 非均匀密度分布引起的非线性效应
• 3.4.2 束流发射度和亮度与束流密度分布关系
• 3.5 小结
• 第四章 五种不同初始分布的强流离子束离子径向密度分布的模拟研究
• 4.1 数值模拟研究的模型
• 4.2 数值模拟参数的选择
• 4.3 五种不同初始密度分布的强流离子束离子径向密度分布的模拟与结果
• 4.3.1 K-V 分布
• 4.3.2 水袋分布
• 4.3.3 抛物线分布
• 4.3.4 3-sigma 高斯分布
• 4.3.5 全高斯分布
• 4.4 小结
• 第五章 五种不同初始密度分布的离子跟踪和晕离子的径向概率分布研究
• 5.1 五种不同初始分布的离子跟踪运动情况介绍
• 5.2 五种不同初始分布形成晕的离子的径向概率分布研究
• 5.3 小结
• 参考文献
• 致谢