【摘 要】
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介绍了自主编制的三维全电磁粒子模拟大规模并行程序NEPUNE(Nonlinear Evolution of Plasma-interactionTechnology Under Non-neutral Environment)的基本情况.该程序具备对
【机 构】
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北京应用物理与计算数学研究所,北京 100088
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介绍了自主编制的三维全电磁粒子模拟大规模并行程序NEPUNE(Nonlinear Evolution of Plasma-interactionTechnology Under Non-neutral Environment)的基本情况.该程序具备对多种典型高功率微波源器件的三维模拟能力,可以在数百乃至上千个CPU 上稳定运行.该程序使用时域有限差分(FDTD)方法更新计算电磁场,采用Buneman-Boris算法求解牛顿-洛伦兹力方程更新粒子运动状态,运用线性插值粒子云(Particle-In-Cell, PIC)方法处理粒子与电磁场的耦合关系,最后利用Boris 方法求解泊松方程对电场散度进行修正,以确保计算精度.该程序具备对一些较复杂几何结构的建模能力,目前可以对典型高功率微波器件中常见的一些复杂结构,比如任意边界形状的轴对称几何体、正交投影面几何体,以及慢波结构、耦合孔洞、金属线和曲面薄膜等进行几何建模.NEPTUNE程序将理想导体边界,外加波边界,粒子发射与吸收边界以及完全匹配层边界等物理边界应用于几何边界上,实现了数值计算的封闭求解.最后以算例的形式,简单介绍了使用NEPTUNE程序对磁绝缘线振荡器、相对论返波管、虚阴极振荡器以及相对论速调管等典型高功率微波源器件所进行的初步模拟计算情况,验证了模拟计算结果的可靠性,同时给出了并行效率的分布情况.
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