Particle Tracing Module
Nuova app: Charge Exchange Cell Simulator
Una cella a scambio di carica è costituita da una regione di gas ad una pressione elevata all'interno di una camera a vuoto. Quando un fascio di ioni interagisce con il gas a densità più elevata, gli ioni subiscono reazioni di scambio di carica con il gas, creando particelle energetiche neutre. È probabile che solo una frazione degli ioni del fascio sia sottoposta a reazioni di scambio di carica. Pertanto, al fine di neutralizzare il fascio, all'esterno della cella viene posizionata una coppia di piastre deflettenti cariche. In questo modo, è possibile produrre una fonte energetica neutra.
L'app Charge Exchange Cell Simulator simula l'interazione di un fascio di protoni con una cella di scambio di carica contenente argon neutro. L'utente può inserire diversi parametri geometrici per la camera a vuoto e la cella a gas, le proprietà del fascio e le proprietà delle piastre cariche utilizzate per deviare gli ioni rimanenti.
L'app calcola l'efficienza della cella di scambio di carica, misurata come la frazione di ioni neutralizzata e registra le statistiche sui diversi tipi di collisioni che si verificano.
Interfaccia utente dell'app Charge Exchange Cell Simulator.
Nuova app: Laminar Static Particle Mixer Designer
Nei miscelatori statici un fluido viene pompato attraverso un condotto con palette fisse. Questa tecnica di miscelazione è particolarmente adatta per la miscelazione in flusso laminare perché genera solo minime perdite di pressione in questo regime. Quando un liquido viene pompato attraverso il canale, le direzioni alternate delle palette trasversali mescolano il liquido mentre scorre lungo il canale stesso. La tecnica di miscelazione statica offre un controllo preciso sulla quantità di miscelazione effettuata durante l'intero processo. Tuttavia, le prestazioni del miscelatore possono variare notevolmente, a seconda della sua geometria.
L'app Laminar Static Particle Mixer Designer calcola i campi di velocità e pressione del fluido in un miscelatore statico, oltre alle traiettorie delle particelle trasportate dal fluido. Dato che hanno una massa, le particelle non seguono esattamente le linee di flusso e pertanto alcune di esse vanno a colpire le palette di miscelazione.
L'app calcola la probabilità di trasmissione delle particelle nel miscelatore e valuta l'indice di dispersione, che è una misura dell'uniformità con cui si mescolano diverse specie di particelle.
Il campo di velocità del fluido nel miscelatore statico laminare (frecce) e la velocità tangenziale in una sezione trasversale (tracciato di sezione trasversale).
Le traiettorie delle particelle nel miscelatore statico laminare. Per visualizzare più facilmente le prestazioni del miscelatore, è stato generato il rendering soltanto di una frazione delle particelle, colorate in base alle loro posizioni iniziali.
Rilascio da spigoli e punti
Con COMSOL Multiphysics versione 5.2, i nodi Release from Edge e Release from Point possono essere utilizzati per rilasciare rispettivamente le particelle da spigoli e punti in una geometria. Quando si rilasciano le particelle lungo uno spigolo, le posizioni possono basarsi sulla mesh, essere pesati da una funzione di densità definita dall'utente o essere uniformemente distribuiti lungo lo spigolo.
È possibile rilasciare le particelle lungo una curva arbitraria, come nell'esempio dell'elica mostrato qui sopra.
Miglioramenti per la funzione di rilascio basato sulla densità
Le funzioni di rilascio che determinano la posizione iniziale delle particelle secondo una funzione di densità hanno nuove impostazioni che ne aumentano la precisione. È ora possibile specificare Release distribution accuracy order e Position refinement factor nelle impostazioni dei nodi Release, Inlet, e Particle Beam, nonché del nuovo nodo Release from Edge. La migliore accuratezza è evidente in particolare quando la mesh sottostante è molto rada o la densità delle particelle varia significativamente tra i diversi elementi della mesh.
Le particelle vengono rilasciate su una mesh rada con una distribuzione gaussiana delle coordinate iniziali. La distribuzione delle posizioni delle particelle si avvicina maggiormente alla distribuzione specificata quando il Position refinement factor è 10 (rosso) e non 0 (blu).
Le particelle vengono rilasciate su una mesh rada con una distribuzione gaussiana delle coordinate iniziali. La distribuzione delle posizioni delle particelle si avvicina maggiormente alla distribuzione specificata quando il Position refinement factor è 10 (rosso) e non 0 (blu).
Charge Exchange Collisions
È ora possibile aggiungere due nuovi tipi di collisione al nodo Collisions: Resonant Charge Exchange eNonresonant Charge Exchange.
Il nodo Resonant Charge Exchange viene utilizzato quando gli ioni energetici subiscono reazioni di scambio di carica con gli atomi neutri dell'ambiente dello stesso elemento o con le molecole della stessa sostanza. La funzionalità Nonresonant Charge Exchange è utilizzata quando le specie neutra e ionizzata sono di elementi o sostanze diversi. In entrambi i casi, dopo la collisione, è possibile continuare a tracciare la specie ionizzata, la specie neutra o entrambe.
In una cella di scambio carica, un fascio di protoni energetici (rosso) si propaga in una cella a gas (grigio chiaro) che viene mantenuta a una pressione superiore rispetto all'ambiente circostante. Le collisioni di scambio carica risultanti creano ioni veloci di idrogeno neutro (blu) e ioni lenti di argon (verde).
Miglioramenti al fascio di particelle
Sono disponibili nuove opzioni nella funzionalità Particle Beam per semplificare il modo con cui si specificano le distribuzioni di velocità e la posizione trasversale. Questo rende molto più facile rilasciare i fasci con ellissi di una certa dimensione, forma e orientamento nello spazio delle fasi. La visualizzazione delle equazioni è stato migliorata e ampliata con immagini per fornire una chiara indicazione dello scopo delle varie opzioni.
| Campionamento | Orientamento | Specifica di velocità | Immagine |
|---|---|---|---|
| Uniforme | Verticale | Parametri di Twiss |  |
| Uniforme | Non verticale | Parametri di Twiss |  |
| Uniforme | Verticale | Dimensioni ellisse |  |
| Uniforme | Non verticale | Dimensioni ellisse |  |
| Gaussiana | Verticale | Parametri di Twiss |  |
| Gaussiana | Verticale | Parametri di Twiss |  |
| Gaussiana | Verticale | Dimensioni ellisse |  |
| Gaussiana | Non verticale | Dimensioni ellisse |  |
Particle Counters
Particle Counter è una funzionalità di dominio o di contorno che fornisce informazioni sulle particelle che una funzione di rilascio trasmette su un insieme selezionato di domini o superfici. Queste quantità includono il numero di particelle trasmesse, la probabilità di trasmissione, la corrente trasmessa, la portata massica, ecc. Questa funzione, nuova in COMSOL Multiphysics versione 5.2, fornisce espressioni pratiche che possono essere utilizzate nel nodo Filters del grafico Particle Trajectories per visualizzare solo le particelle che rispondono alla selezione del contatore di particelle.
Le seguenti variabili sono disponibili nella funzione Particle Counter, con l'etichetta ``:
- ' '.Nfin
- Il numero di particelle trasmesse dalla funzione di rilascio al contatore di particelle nel momento finale.
- ' '.Nsel
- Il numero di particelle trasmesse dalla funzione di rilascio al contatore di particelle.
- ' '.alpha
- La probabilità di trasmissione dalla funzione di rilascio al contatore di particelle.
- ' '.rL
- Un'espressione logica per l'inclusione delle particelle. Questa può essere impostata nel nodo Filter del grafico Particle Trajectories per visualizzare le particelle che collegano la funzione di rilascio al contatore.
- ' '.It
- La corrente trasmessa dalla funzione di rilascio al contatore di particelle. Questa variabile è disponibile solo per l'interfaccia Charged Particle Tracing quando la specifica di rilascio è impostata su Specify current.
- ' '.mdott
- La portata massica trasmessa dalla funzione di rilascio al contatore di particelle. Questa variabile è disponibile solo per l'interfaccia Particle Tracing for Fluid Flow quando la specifica di rilascio è impostata su Specify mass flow rate.
Se la funzione Particle Counter fa parte della funzionalità Particle Beam nell'interfaccia Charged Particle Tracing, saranno disponibili altre variabili per la posizione media, la velocità e l'energia delle particelle trasmesse.
Interazioni particelle-materia
È ora possibile modellare l'interazione degli ioni energetici con la materia solida tramite l'apposita funzione Particle-Matter Interactions. Questa funzionalità supporta due funzioni secondarie per i diversi tipi di interazioni:
Ionization loss viene utilizzato per modellare la continua perdita di energia quando gli ioni interagiscono con gli elettroni nel materiale target.
Nuclear stopping viene utilizzato per modellare la deflessione degli ioni energetici dai nuclei target.
Via via che l'energia cinetica iniziale degli ioni aumenta, la loro interazione con la materia solida è dominata dalla perdita di ionizzazione e non dalle interazioni nucleari stocastiche. Di conseguenza, gli ioni altamente energetici tendono a seguire percorsi quasi lineari, mentre gli ioni meno energetici seguono percorsi più casuali.
Nuovo tutorial: Ion Range Benchmark
Il modello Ion Range Benchmark simula il passaggio di protoni energetici nel silicio, con perdite di ionizzazione e scattering nucleare. L'energia iniziale dei protoni viene variata utilizzando uno sweep parametrico da 1 keV a 100 MeV.
La lunghezza media del percorso dei protoni viene paragonata ai valori pubblicati della gamma ionica sotto l'approssimazione del rallentamento continuo (CSDA), così come alla gamma proiettata nella direzione iniziale del movimento. I dati simulati e quelli sperimentali convergono.
Il confronto della lunghezza del percorso calcolato (rosso) e le misure sperimentali della gamma ionica con l'approssimazione del rallentamento continuo (CSDA) e la gamma proiettata.
Nuovo tutorial: Sensitive High-Resolution Ion Microprobe (SHRIMP)
La microsonda ionica sensibile agli ioni ad alta risoluzione (SHRIMP) è utilizzata per trasmettere ioni aventi una data energia iniziale e un rapporto carica/massa specificato mediante la sottomissione di un fascio entrante a forze elettriche e magnetiche opportunamente accordate. Il fascio è inviato dapprima attraverso un settore curvo con una forza elettrica radiale, poi attraverso un secondo settore curvo con una densità di flusso magnetico uniforme.
Questo modello utilizza la funzione Particle Beam del software COMSOL Multiphysics® per esaminare le prestazioni dello spettrometro ad alta precisione, laddove solo una frazione del fascio entrante viene trasmessa al rivelatore. Il modello calcola la probabilità di trasmissione e visualizza la traiettoria nominale del raggio trasmesso.
Un fascio di ioni in SHRIMP è sottoposto ad un campo elettrico radiale (rosso) seguito da una densità di flusso magnetico uniforme (blu). Il colore del fascio indica il modulo della velocità delle particelle.
