Предложены и экспериментально исследованы численно-аналитические алгоритмы интегрирования уравнений движения заряженных частиц в электрических полях. Необходимость в разработке таких алгоритмов возникла при моделировании интенсивных пучков заряженных частиц в протяженных системах. Характерной задачей при этом является по возможности точное определение расширения пучка и его угловой расходимости на значительном расстоянии от поверхности старта (эмиттера). Применение классических численных алгоритмов не давало адекватных результатов. Поэтому возникло предложение на каждом шаге численного интегрирования использовать аналитическое решение уравнений движения, сделав упрощающие предположения об электрических полях. Упрощающие предположения в пределах шага численного интегрирования, дающие достаточную точность и, в то же время, несложное решение, состояли в следующем: в продольном направлении поле предполагается постоянным, а в поперечном – линейным по координате, что характерно для интенсивных пучков. Дано экспериментальное сравнение численно-аналитических алгоритмов с численными алгоритмами, которое показало преимущество разработанного подхода.
Numerical-analytical algorithms for integrating the equations of motion of charged particles in electric fields are proposed and experimentally investigated. The need to develop such algorithms arose in the simulation of intense beams of charged particles in extended systems. A characteristic task is to determine, as far as possible, the beam expansion and its angular divergence at a considerable distance from the start (emitter) surface. The use of classical numerical algorithms did not give adequate results. Therefore, a proposal arose at each step of numerical integration to use an analytical solution of the equations of motion, making simplifying assumptions about electric fields. Simplifying assumptions within the numerical integration step, which provide sufficient accuracy and, at the same time, a simple solution, were as follows: in the longitudinal direction the field is assumed to be constant, and in the transverse direction – linear in the coordinate, which is characteristic of intense beams. An experimental comparison of numerical-analytical algorithms with numerical algorithms is given, which showed the advantage of the developed approach.
Предпросмотр статьи
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
- eLIBRARY ID
- 37027092
