LSP Suite

Particle-in-Cell Code for Large-scale Plasma Simulations
专业大尺寸高密度等离子体电磁粒子仿真软件



LSP产品介绍

    美国Orbital ATK公司开发的LSP软件是一款三维电磁粒子仿真软件,主要用于大尺寸(标长)等离子仿真。软件能处理带电粒子(电子和离子)与外加电磁场及自生电磁场的相互作用。软件起源与1995年,由SBIR资助开发,并在2002年商业化。目前的主要用于仿真电子束驱动的辐射照相、脉冲功率加速器设计、重离子驱动惯性约束聚变、电子束泵浦的KrF激光、拍瓦级别的激光-等离子相互作用和等离子体反应器等领。
    LSP软件能在各种Windows和Linux系统下运行,可以在串行或者并行计算机上运行。软件包含一个用于几何和参数输入的图形界面GLSP,一个实际进行物理计算的LSP代码内核,一个用于后处理的图形界面P4。



LSP应用领域

  • LSP软件可以用于商业、学术和政府机构用户。LSP主要应用领域包括:
  • ★强流粒子束的产生和传播,如:
  • - 强流二极管
  • - (自磁)箍缩二极管
  • - 直线感应加速器
  • - 加速器粒子束的传播和中性化过程
  • ★强流粒子束的产生和传播,如:
  • - 磁绝缘传输线
  • - 线性传输变压器(LTD)
  • - 等离子体断路开关
  • ★惯性约束聚变类设备的研究,如:
  • - 激光驱动惯性约束聚变(ICF)
  • - 重离子驱动惯性约束聚变(IICF)
  • - Z-Pinch
  • - 反场构型的磁化靶聚变(FRC-MTF)
  • - 稠密等离子体焦点(DPF)设备
  • - Plasma Liner设备
  • ★电子束泵浦气体激光器或类似设备的研究,如:
  • - 功率二极管
  • - 电子束驱动KrF激光器
  • ★Petawatt级别的激光-等离子体相互作用,如:
  • - 激光驱动离子加速器
  • - 激光打靶过程的靶物理
  • - 激光传播和整形




LSP软件特征

  • -完全相对论、高密度等离子体隐格式和显格式求解器
  • -多种电磁和静电、静磁求解器
  • -动理学-流体混合等离子体模型
  • -复杂外形的共形表面及子网格模型
  • -支持外加电磁场
  • -气体电导/电离和电磁吸收模型
  • -电子在材料中的输运
  • -粒子与表面的相互作用
  • -外电路模型
  • -多种诊断和后处理接口
  • -智能帮助系统
  • -光子产生和输运模型*
  • -气体蒙卡碰撞模型*
  • 注:标注*的功能需要用户拥有ITS代码或者用户自定义相关代码。


LSP典型用户

ADD AWE Bechtel-Nevada CEA
FAR-TECH FPGeneration HyperV Imperial College
L-3 Communications LANL LBNL LLNL
NRL OSU PPPL SNL
UCSD UNLV UNR UR-LLE


LSP软件前处理GLSP介绍

GLSP是LSP软件的前处理图形界面。它可以定义一个完整的计算,可以处理3D空间模型。也可以从GLSP载入一个LSP计算,或者将输入文件导入到一个远程工作的机器上。也能从GLSP进入后处理图形界面。GLSP是用基于C和Tcl/Tk开发,使用OpenGL渲染三维模型。GLSP是一款独立于LSP内核的完整程序。

GLSP特征:

  • - 跨平台
  • - 实时结果绘制
  • - 包含固体模型的多种绘制模式
  • - 远程文件操作
  • - 智能帮助系统




LSP软件计算引擎介绍

LSP是一款三维(能处理1维和2维)电磁仿真软件,基于电磁粒子算法,主要用于大尺寸等离子体模型的仿真。软件能够串行也能够进行并行计算。在多物理核心的机群上,通过对仿真模型区域分解和信息传递实现多核心运算,粒子与网格同时分块。并行计算使用的是标准的MPI并行接口。

LSP能求解显格式和隐格式的电磁场,包含粒子推进算法。其它还能处理如场致发射模型、传输线边界条件、电解质、色散磁性材料、二次电子发射、多重散射、电离、表面热效应、表面中性原子解吸附等。LSP软件采用电子混合流体模型,允许采用流体的方式处理具有稠密电子的等离子体模型。

场和粒子的内存分配是全动态的。这个动态分配法可以节省内存空间,但导体表面内的数据并不做动态分配。软件采用一个数组指针来存储场数据。粒子则是按照组来管理,可以根据需要增加组的数量。

在LSP软件中,场和粒子的数据被存储为XDR格式,这种格式允许用户在多核心Unix机器上写入二进制数据,并在PC或者Mac上读取。历史文件被保存为基于ASCII码的文本文件,也是可移植的。P4后处理器,是基于跨平台语言IDL编写,用于分析计算结果。

GLSP允许用户导入已经建好的图形文件。支持的系统平台包括Windows 2000/NT/98, Linux, UNIX, Mac OS X。


LSP软件后处理P4介绍

P4是LSP软件的三维后处理器。能够对LSP软件的计算结果(历史记录、粒子、矢量或者标量)进行视图和图片输出。同时它还能针对粒子和标量生成多种动画格式文件,这些文件可以用浏览器或者Quicktime进行播放。P4可以跨平台工作,基于IDL语言编写。



LSP应用案例


下面是几个典型的LSP应用案例:

1. 电子束泵浦KrF激光器模拟。

在这个模拟中,二极管输出的电子束穿过工作气体,沉积能量并激励KrF气体,驱动激光的产生。LSP用于研究电子束的传播和能量沉积过程。


2. 激光驱动的电子束成丝效应

在这个模拟中,激光驱动出的超热电子束自发聚束成丝,模拟中使用了隐格式模拟和库伦碰撞模型


3. 磁绝缘传输线电压累加器

磁绝缘传输线中的脉冲功率信号穿过一系列馈电腔,累加馈电能量,形成一个合成功率信号,LSP用于研究传输和累加行为。


4. 等离子体断路开关研究

模拟中使用了混合模型。


5. 稠密等离子体焦点设备仿真

LSP用来模拟一个DPF(Dense Plasma Focus)设备的全程行为。


6. FRC-MTF设备模拟。

在这个模型中,LSP的隐格式模拟能力用来分析反场构型的形成和压缩,以及其中的高能电子产生。


7. 等离子体套筒模拟

Plasma Liner是一种用多束等离子体向心汇聚内爆导致高温高压的聚变设计。这里模拟的是一个三十束等离子体喷注汇聚内爆的过程,LSP的高密度等离子体模拟能力用于研究等离子体密度压强和温度的演化。


8. Z-Pinch负载功率传输和匹配结构研究

多路磁绝缘传输线导入功率信号,并在匹配结构中组合,最终送入Z-Pinch负载,LSP用来研究电磁能量的流动和电子行为。

 

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