CST wakefield求解器仿真尾波場

在粒子加速器中，運動粒子束與周圍環境的相互作用導致其“尾跡”產生電磁場。例如，幾何或材料的不連續性在周圍的加速器結構引起尾流場的激發。磁場會對隨后的粒子束產生不利影響，甚至使定向粒子束不穩定。尾場解算器可用于這種電磁效應的分析。

今天讓我們看看用wakefield求解器計算的大致流程和一些通用后處理：

首先當然是模型：

粒子束流定義：

藍色箭頭表示束流位置，而橙色箭頭表示尾跡整合路徑的位置。

定義外邊界條件：將±Z外邊界定義為開放邊界，這樣束流在這個邊界上被吸收，X、Y軸用的PEC所以定義成Et=0。

根據模型場分布情況可以用對稱邊界條件：

設置一個時域場監視器：

設置下Wakefield求解器，輸入Wakelength，這個數值越大計算時間約線性增大，設置太小了會容易不收斂，這里我們取2000。然后開始計算，得到后處理如：

尾波電勢：

可見只有Z方向的尾波電勢不為0。

直觀感受下尾場效應：

某時刻的電場云圖：

尾波場阻抗實部：

阻抗實部顯示了時域信號的截斷誤差。

使用全頻FFT低通濾波平滑信號：

尾波阻抗描述了空腔在頻域內的特性。這種類型的阻抗，束流作為電流源，尾波電勢作為電壓。該阻抗可用于檢測束流與結構相互作用的模態。

這就是CST中使用wakefield求解器仿真尾波場加速應用的流水賬。