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高能密度物理系列仿真软件(High-density Simu

SPECT3D
软件简介:
       SPECT3D作为一款基于多重维度下碰撞-辐射的光谱分析代码,被设计用于模拟仿真实验室和天体等离子体的微观粒子及辐射特性。
       SPECT3D被广泛应用于辐射流体力学仿真或细胞内颗粒仿真的结果后置处理上。SPECT3D为LTE(局部热力学平衡)和非LTE等离子体计算光谱特性(辐射和吸收)和离子化特性。SPECT3D通常被配置一套针对由氢到氩(Z=1-18)这些元素的原子数据。
       在设计SPECT3D的过程中,一大研发重点便是使其易于操作。它的特征主要有以下几点:通过用户友好型的图形交互操作界面来创建案例;监视仿真模拟的过程;浏览运算结果。
     SPECT3D被设计为可以在多个不同的平台上运行,包括Windows PC、Linux、和Mac OSX 平台。
主要产品特点:
  • 计算均衡温度和密度(有限尺寸下的单体积元素)下等离子体光谱和电离分布情况。
  • 包含一个便于操作的图形用户交互界面用于案例创建和结果浏览。
  • 包含在线文件库,可通过小工具直接连接帮助页面。
  • 对LTE(局部热力学平衡)和非LTE等离子体计算原子级布居和光谱特性。
  • 计算在布居和光谱特性的外部辐射场上的影响。
  • 包含非Maxwellian电子分布情况下对于等离子体的建模。
  • 对等离子/背光源计算光谱吸收性。
  • 为稳态或时间性的原子速率方程提供算法。
  • 以2-D网格的图像形式呈现独立变量之间的计算结果。其中变量可以包含以下的任意两种:
  • 温度
  • 密度
  • 等离子体尺寸
  • 成分
  • 外部辐射场
  • 非Maxwellian电子分布参数
  • 包含使结果可视化的图像包:
  • 基于频率的数量,仪器展宽卷曲
  • 光谱的散发
  • 光谱的传递
  • 不透明度
  • 光学深度
  • 离子化分数
  • 原子级数
  • 包含以下碰撞-辐射模型的原子过程:
  • 碰撞后的电离、复合、激发和灭磁
  • 光电离和受激复合
  • 光激发和受激发射
  • 自发衰变
  • 辐射复合
  • 电化学复合、自电离和电子捕获
  • 包含Doppler,自然(自电离促成)和Stark这三种在线轮廓建模致宽的形式
  • 使用ATBASE原子代码来提供:
  • 光电离横截面
  • 振荡器强度
  • 碰撞电离横截面
  • 碰撞激发横截面
  • 原子能和过渡能
  • 电化学复合、自电离和电子捕获速率
  • 当条件允许时包含NIST原子能和振荡器强度
  • 与其他Prism应用接口
  • AtomicModelBuilder:一款用于设置习惯原子模型的用户友好型工具
与同类产品的比较:
       PrismSPECT和SPECT3D通常被应用于分析从包含热辐射等离子体的实验室实验中取得的光谱数据。首先,两者的共通之处在于:
  • 使用碰撞-辐射模型来计算在LTE和非LTE的原子级布居和电离分布情况;
  • 当计算能级布居时使用相同的原子物理数据基础并包含相同的原子过程;
  • 当计算电离分布和生成光谱时包含外辐射场的效果和/或非Maxwellian电子分布;
  • 支持使用带有内壳空缺的原子模型来计算通过观察短脉冲激光实验获得的Kα/Kβ的放射;
  • 支持解算稳态或依时性的原子速率方程;
  • 包括多普勒、自然(包括自电离作用)和斯塔克展宽线内剖面模型:
  • 支持包含在仿真模拟中线性和/或连续体背光源;
  • 当展示光谱结果时包含仪器效果;
  • 提供支持性工具来分析结果(检验线强度比);
而PrismSPECT和SPECT3D的主要区别在于前者针对某一单体积元素计算辐射的发射和吸收,然而后者对一定体积下的元素计算1-D,2-D,3-D网格下的辐射特性。这一关键的区别从根本上导致了两种截然不同的仿真应用方法以及结果展现的方式。
PrismSPECT通常被应用于研究以下问题:
  • 给定一个已测量的光谱,得出典型的等离子体条件(温度,密度)。
  • 等离子体辐射和电离特性怎样因其状态而改变。
由于PrismSPECT是单体元素编码,它被设计成进行一系列独立的计算,并以一种使用户便捷地洞察等离子体状态是如何影响电离动态和光谱特性的方式来展现结果。
通过比较,SPECT3D由于其为多重元素网格执行仿真模拟,故而可以处理一系列PrismSPECT所不能及的问题。当下SPECT3D可以处理的有:
  • 为各种各样的图形化数据生成新的数据(单色和过滤后的图片,空间分辨的光谱);
  • 为用户在指定的3-D空间位置上所做的图形化和光谱化诊断计算绝对通量水平;
  • 被用于研究在光谱和图像上的等离子体梯度的效果;
  • 包含非局部辐射场的影响(从等离子体中某一位置发射出的辐射可以在另外一个位置产生光电离/光激发);
  • 模拟X射线的诊断过程;
  • 当审阅结果时包含各种各样的仪器效果。
SPECT3D运行时首先计算遍布等离子体的原子级布居和电离分布,然后再计算在一个传感器上的辐射场影响。时间、空间依赖性的等离子体状态通常由流体动力学编码所提供,但通过使用Prism’s PlasmaGEN代码也可以生成较为简单的网格来执行敏感度研究。通过使用流体动力程序输出而生成的仿真图像和光谱可以直接被用来和实验测量的数据相比较,SPECT3D提供了一个有价值的工具来评估流体动力程序的可靠性。
因此,Prism的辐射物理工具可以在设计实验和分析各种各样经使用基于辐射诊断仪器得出的数据上充当一个重要的角色。虽然PrismSPECT可以轻易提供产生于实验的快速状态评估,并使用户得到一个等离子体的辐射和电离特性是如何随其状态发生改变的直观感受,但SPECT3D提供了更为强大的功能,使用户可以生成更为广泛的结果,更为精确地仿真模拟多维度下等离子体的物理性质,以及对流体动力学代码的可靠性评估。

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