Пересчет начальных условий траектории заряженной частицы при пересечении границы со скачком электрического и магнитного полей. I. Электрическое поле
Автор: Бердников Александр Сергеевич
Журнал: Научное приборостроение @nauchnoe-priborostroenie
Рубрика: Математические методы и моделирование в приборостроении
Статья в выпуске: 1 т.25, 2015 года.
Бесплатный доступ
При моделировании движения заряженных частиц в электрических полях иногда встречаются ситуации, когда траектория заряженной частицы пересекает линию скачка электрического или магнитного поля. В этом случае необходимо правильно пересчитывать координаты и скорости заряженной частицы, чтобы не порождать дополнительных артефактов численного счета наподобие нарушения закона сохранения энергии. В данной работе рассматривается и математически строго обосновывается принцип преломления траектории заряженной частицы на границе со скачком электрического потенциала. А именно изменению должна подвергаться только нормальная компонента скорости частицы, причем таким образом, чтобы обеспечить выполнение закона сохранения энергии, тогда как остальные компоненты скорости и все координаты частицы сохраняют те же значения, которые были перед пересечением границы.
Численное решение дифференциальных уравнений, трассировка заряженных частиц в электрических и магнитных полях, артефакты численных алгоритмов
Короткий адрес: https://sciup.org/14264966
IDR: 14264966
Список литературы Пересчет начальных условий траектории заряженной частицы при пересечении границы со скачком электрического и магнитного полей. I. Электрическое поле
- Арцимович Л.А., Лукьянов С.Ю. Движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях, 2-е изд. М.: Наука, 1978. 224 с.
- Шерстнев Л.Г. Электронная оптика и электронно-лучевые приборы. М.: Энергия, 1971. 368 с.
- Глазер В. Основы электронной оптики (пер. с нем.). М.: ГИТТЛ, 1957. 763 с.
- Гринберг Г.А. Избранные вопросы математической теории электрических и магнитных явлений. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1948. 727 с.
- Брюхе Е., Шерцер О. Геометрическая электронная оптика (пер. с нем.). Л.: Лениздат, 1943. 496 с.
- Кельман В.М., Явор С.Я. Электронная оптика, 3-е изд. Л.: Наука, 1968. 487 с.
- Страшкевич А.М. Электронная оптика электростатических систем. М.-Л.: Энергия, 1966. 327 с.
- Зинченко Н.С. Курс лекций по электронной оптике (2-е изд.). Харьков: Изд-во ХГУ, 1961. 362 с.
- Рустерхольц А. Электронная оптика. Основы теоретической электронной оптики. (пер. с нем.) М.: Изд-во ИЛ, 1952. 263 с.
- Голиков Ю.К., Уткин К.Г., Чепарухин В.В. Расчет элементов электростатических электронно-оптических систем. Л.: Изд-во ЛПИ им. М.И. Калинина, 1984. 80 с.
- Сига-Михайловский Д.Ю. Электронная оптика. Киев, 1977.
- Бонштедт Б.Э., Маркович М.Г. Фокусировка и отклонение пучков в электроннолучевых приборах. М.: Советское радио, 1967. 272 с.
- Штеффен К. Оптика пучков высокой энергии. М.: Мир, 1969. 223 с.
- Grivet P. Electron optics, 2nd english edition. Oxford: Pergamon Press, 1972. 598 p.
- Хокс П., Каспер Э. Основы электронной оптики (пер. с англ.). Т. 1-2. М.: Мир, 1993. 551 с., 477 с.
- Yavor M.I. Optics of charged particle analyzers. Ser. Advances of Imaging and Electron Physics. Elsevier, Amsterdam, 2009. Vol. 157. 381 p.
- Вольник Г. Оптика заряженных частиц. СПб.: Энергоатомиздат, 1992. 280 с.
- Rose H.H. Geometrical charged particle optics. Berlin-Heidelberg: Springer-Verlag, 2009. 412 p.
- Greenfield D., Monastyrskiy M. Selected problems of computational charged particle optics. Ser. Advances of Imaging and Electron Physics. Vol. 155. 2009. Amsterdam, Elsevier. 346 p.
- Зворыкин В.К., Мортон Д.А. Телевидение. Вопросы электроники в передаче цветного и монохромного изображений. М.: Изд-во ИЛ, 1956. 780 c.
- Голиков Ю.К., Краснов Н.В., Бубляев Р.А. Модифицированный масс-рефлектрон//Научное приборостроение. 2005. Т. 1, № 4. С. 42-50.
- Кельман В.М., Родникова И.В., Секунова Л.М. Статические масс-спектрометры. Алма-Ата: Наука, 1985. 263 с.
- Сысоев А.А., Самсонов Г.А. Теория и расчет статических масс-анализаторов. Ч. 1-2. М.: МИФИ, 1972. 172 c., 109 с.
- Самсонов Г.А., Сысоев A.A. Учет влияния краевых полей в общей теории секторных анализаторов заряженных частиц. Депонированные рукописи, 1979, № 12, б/о 647.
- Wollnik Н., Ewald Н. The influence of magnetic and electric fringing fields on the trajectories of charged particles//Nuclear Instruments and Methods A. 1965. Vol. 36, No. l. P. 93-104.
- Wollnik H. Image aberrations of second order for magnetic and electrostatic sector fields including all fringing fields effects//Nuclear Instruments and Methods A. 1965. Vol. 38. P. 56-58.
- Кельман В.М., Карецкая С.П., Федулина Л.В., и др. Электронно-оптические элементы призменных спектрометров заряженных частиц. Алма-Ата: Наука, 1979. 232 с.
- Shpak, E.V., Yavor, S.Ya., Lyubchik Ya.G. Optical diagrams of prism spectrometers with quadrupole lenses//Nuclear Instruments and Methods A. 1968. Vol. 64, No. 1. P. 97-103.
- Petrov A., Shpak, E.V., Yavor, S.Ya. Electrostatic prism spectrometer with quadrupole lenses//Nuclear Instruments and Methods A. 1972. Vol. 101, No. 3. P. 505-508.
- Ding Li, Sudakov M., Kumashiro S. A simulation study of the digital ion trap mass spectrometer//International Journal of Mass Spectrometry. 2002. Vol. 13, No. 2. P. 1-22.
- Sudakov M. AXSIM -New software for simulation of modern mass spectrometry devices//Abstracts the 7th International Conference of Charged Particle Optics. UK, Cambridge, 2006. 717 p.
- Судаков М.Ю., Апацкая М.В., Витухин В.В. и др. Новая линейная ловушка с простыми электродами//Масс-спектрометрия. 2012. Т. 9, № 1. С. 43-52.
- Dahl D.A. SIMION for the personal computer in reflection//International Journal of Mass Spectrometry. 2000. Vol. 200. P. 3-25.
- SIMION: программа для моделирования оптики заряженных частиц. URL: (http://www.simion.com).
- Berdnikov A.S., Chmelík J. New algorithms for testing accuracy of numerically calculated trajectories of charged particles//Optik -International Journal for Light and Electron Optics. 1996. Vol. 102, No. С. 13-17.
- Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория поля. (Сер. "Теоретическая физика". Т. 2). М.: Наука. Гл. ред. физ-мат. лит., 1973. 504 c.
- Левич В.Г. Курс теоретической физики. Т. 1. М.: Наука, 1969. 911 c.
- Иос Г. Курс теоретической физики. Т. 1. М.: Изд-во Минпрос. РСФСР, 1963. 579 c.
- Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Электричество и магнетизм. (Сер. "Фейнмановские лекции по физике". Т. 5). М.: Мир, 1965. 412 с.
- Сивухин Д.В. Электричество. (Сер. "Общий курс физики". Т. 3). М.: Физматлит/МФТИ, 2004. 654 c.
- Тамм И.Е. Основы теории электричества. М.: Физматлит, 2003. 616 c.
- Калашников С.Г. Электричество: Учебное пособие для вузов. 6-е изд., стереотипное. М.: Физматлит, 2003. 624 c.
- Иродов И.Е. Основные законы электромагнетизма/(сер. "Курс общей физики". Т. 2). М.: Высшая школа, 1991. 288 c.
- Фриш С.Э., Тимофеева А.В. Электрические и электромагнитные явления. (Сер. "Курс общей физики". Т. 2). М.: Физматгиз, 1962. 515 c.
- Савельев И.В. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. (Сер. "Курс общей физики в 3 томах". Т. 2). М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1982. 496 с.
- Парселл Э. Электричество и магнетизм. (Сер. "Берклеевский курс физики". Т. 2). СПб.: «Лань», 2005. 416 c.
- Зильберман Г.Е. Электричество и магнетизм. М.: Наука, 1970. 384 с.
- Детлаф А.А., Яворский Б.М., Милковская Л.Б. Электричество и магнетизм. (Сер. "Курс физики". Т. 2). М.: Высшая школа, 1977. 376 c.
- Миролюбов Н.Н., Костенко М.В., Левинштейн М.Л., Тиходеев Н.Н. Методы расчета электростатических полей. М.: Высшая школа, 1963. 418 c.
- Смайт В. Электростатика и электродинамика. М.: Изд-во ИЛ, 1954. 606 с.
- Стреттон Дж.А. Теория электромагнетизма. М.: ГИТТЛ, 1948. 539 с.
- Зоммерфельд А. Электродинамика. М.: Изд-во ИЛ, 1958. 502 с.
- Де Бор К. Практическое руководство по сплайнам. М.: Радио и связь, 1985. 304 с.
- Бернштейн С.Н. Аналитическая природа решений дифференциальных уравнений эллиптического типа. Харьков, Изд-во ХГУ, 1956. 95 с.
Статья научная
