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分析.pdfVIP

广西师范大学研究生学位论义 摘要 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 研究生：田敬北 导师：翁甲强教授 广西师范大学物理与信息工程学院 理论物理专业 统计物理方向 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，强流离子束中束晕一混沌 的基本动力学行为及特性、几种主要形成机制，束晕一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一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：我们可以运用柬晕一混沌控制方法来消除束晕一混池，并定性地说明了 束晕一混沌控制的有效性。 人们在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一混沌现 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一混沌的特 性及其产生的物理机制，然后介绍了束晕一混沌的控制策略和几种有效控制方法比较，并对 强流离子束离子密度研究状况做了简要介绍。 强流离子束产生的柬晕一混沌现象会造成很火的危害．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 t 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： —一=-qV05(x，Y，J)+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‘11和离子运动情况[21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模拟程序和己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F两个方面的研究工作。 (1)控制前后的离子柬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。 广西师范大学研究生学位论义 摘要 但考虑到初始分布可以是非均匀分布的，本文就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研究柬晕一混沌在控制前后离子束离子径向密度分 布变化情况。研究结果裹明，束离子在通道管道中运行时，对于不同初始分布的离子束，没 有施加控制前，不管取哪一个填充因子取值，束离子径向密度分布都会发生变化．变化的总 体情况是大部分离子都向束核内集中，少量离子分布在晕区内形成晕离子，但在密度分布的 变化中，水袋分布，抛物线分布，3-siglm高斯分布和全高斯分布的径向密度变化没有K．v 分布的变化有那么明显。加控制后，密度分布曲线得到较好的改善，束晕都得到较好的控制。 其中初始分布为K．v分布时，柬离子的径向密度分布的变化不仅受到控制器G的影响，还 受到填充因子取值的影响；而当初始分布分别为水袋分布、抛物线分布、3-sigma高斯分布 和全高斯分布时，束离子的径向密度分布曲线受到控制器G和填充因子取值的影响不明显， 与控制前的曲线差别不很大，但有所不同的是束晕一溉沌得到较好的控制。 (2)对瓦种不同初始分布的离子束，本文随机跟踪研究离子在通道横截面上运动情况。 研究发现，离子的横向运动非常复杂，以离子的横向运动范围作区分，把它们归纳为两类离 子：第一类是在l至2000周期的演化中，始终反复运动于柬核和晕区之间的离子；第二类 是在1至2000周期的演化中，一直处在束核内和基本可看成在束核内运动的离子。在这两 类中·第一类离子与束晕形成密切关系，是柬核不可忽略的。经过对形成晕的离子在径向上 的概率分布研究发现，控制前，最离子总体来说是在晕区和束核之间来回运动，且处