کتاب شبیه‌سازی حرکت ذرات باردار در میدان‌های الکترومغناطیسی با استفاده از نرم‌افزار CST Particle Studio‏‫

کتاب شبیه‌سازی حرکت ذرات باردار در میدان‌های الکترومغناطیسی با استفاده از نرم‌افزار CST Particle Studio‏‫

پيشگفتا­ر

امروزه نرم­افزارهای شبیه­سازی به منظور دستیابی به درک دقیق­تر از مفاهیم و جزئیات سیستم مورد مطالعه، در گستره وسیعی از پروژه­های تحقیقاتی مورد استفاده قرار می­گیرند. بسته نرم افزاریCST Studio Suite     یکی از بهترین نرم­­افزارهای شناخته شده‌ای است که در مهندسی هسته­ای، مهندسی برق، الکترونیک، فوتونیک، پلاسمونیک و فیزیک بسیار کاربرد دارد. CST   یک نرم­افزار قدرتمند در زمینه شبیه‌­سازی ساختار‌های الکترومغناطیسی و بررسی حرکت ذرات باردار است.

در سال­های اخیر، در ایران تلاش­های فراوانی جهت طراحی و ساخت انواع شتاب دهنده­ها و آشنایی با کاربردهای آنها صورت گرفته است. در این کتاب به موضوع طراحی و شبیه­سازی برخی از تجهیزات الکترومغناطیسی­ به کار رفته در شتاب­دهنده­ها و بررسی رفتار باریکه ذرات باردار با استفاده از ماژول   Particle Studio    در نرم­افزار CST    پرداخته شده است. در شتاب‌دهنده‌های ذرات باردار برای هدایت، همگرایی، واگرایی، تنظیم و اصلاح باریکه ذرات از تجهیزات الکترومغناطیسی استفاده می­شود. هدف این کتاب، مطالعه دینامیک باریکه ذرات باردار در هنگام عبور از تجهیزات بکار رفته در شتاب‌دهنده­ها (از قبیل: مغناطیس متمرکزکننده، مغناطیس خم­کننده، مغناطیس چهارقطبي، لنز­های الکترواستاتیکی و …) و بررسی عوامل موثر بر حرکت باریکه ذرات باردار است. بدون شک هیچ تالیفی خالی از ایراد نیست، لذا نویسندگان این کتاب از انتقادهای سازنده به گرمی استقبال می­کنند و خوانندگان محترم می­توانند انتقادها و پیشنهادهای خود را به آدرس الکترونیکی نویسندگان ارسال نمایند. در پایان لازم می­دانیم از تمام عزیزانی که در تالیف و چاپ این کتاب ما را یاری کرده­اند، سپاسگزاری نماییم.

فهرست مطالب شبیه‌سازی حرکت ذرات باردار در میدان‌های الکترومغناطیسی با استفاده از نرم‌افزار CST Particle Studio‏‫

1 – معرفی نرم‌افزار شبیه‌سازی CST STUDIO SUITE

1-1 شبیه‌سازی کامپیوتری

2-1 اساس روش هاي حاكم بر حل معادلات در نرم افزارهاي رايج

3-1 نرم افزار شبیه سازی CST Studio

1-3-1 معرفی نرم افزار Studio CST

2-3-1 روش های مش بندی در CST Studio

3-3-1 مراحل شبیه سازی

4-1 شبیه سازی حرکت ذرات باردار

2 – اپتیک باریکه ذرات باردار

1-2 حرکت ذره باردار در میدان الکتریکی استاتیک

2-2 حرکت ذره باردار در میدان مغناطیسی استاتیک

3-2 حرکت ذرات باردار در میدان الکترومغناطیسی

4-2  شتاب ذرات باردار در میدان های الکترومغناطیسی

5-2 دینامیک باریکه ذرات باردار 

1-5-2 پارامترهای باریکه ذرات

2-5-2 اساس اپتیک باریکه ذرات‌ باردار

6-2 مغناطیس متمرکزکننده

7-2 معرفی شتاب دهنده های ذرات باردار

1-7-2 اصول اولیه شتابدهنده های خطی

2-7-2 شتابدهنده های دایروی

3-7-2 طرح ملی چشمه ی نور ایران

3 – آشنایی کلی با محیط نرم افزار CST

1-3 اجرای نرم افزار CST

2-3 ایجاد فایل جدید

3-3 ایجاد یک فایل جدید براساس الگو

4-3 تب Home

5-3 تب Modeling

6-3 تب Simulation

7-3 تب Post Processing

4 – شبیه سازی مغناطیس متمرکزکننده

1-4 مشخصات مغناطیس متمرکزکننده

2-4 مراحل شبیه سازی مغناطیس متمرکزکننده در ماژول Studio Particle

1-2-4 تعریف چشمه ذرات باردار

2-2-4 تعریف مغناطیس متمرکزکننده (سیم پیچ)

3-2-4 تعریف ماده پس زمینه

4-2-4 تعریف مانیتور ذره

5-2-4 رسم یک خط در مسیر حرکت ذرات و تحلیل نتایج روی آن

6-2-4 اجرای برنامه

7-2-4 تحلیل نتایج شبیه سازی در حوزه ردیابی ذرات

8-2-4 پس پردازش

3-4 تجزیه و تحلیل نتایج شبیه سازی

4-4 اعتبار سنجی نرم افزار با مقایسه نتایج نظری و شبیه سازی

1-4-4 بررسی رفتار میدان مغناطیسی بر روی محور مغناطیس متمرکزکننده

2-4-4 بررسی فاصله کانونی مغناطیس متمرکزکننده

5-4 بررسی رفتار باریکه الکترونی با طیف انرژی

6-4 مقایسه اثر مغناطیس متمرکزکننده  بر باریکه‌های الکترونی و پروتونی

5 – شبیه سازی مغناطیس خم کننده

1-5 حرکت ذره باردار در میدان مغناطیسی

2-5 پارامترهای موثر در مغناطیس خم کننده

3-5 محل قرارگیری سیم پیچ بر روی هسته مغناطیس خم کننده

4-5 مراحل شبیه سازی مغناطیس خم کننده

1-4-5 ایجاد هسته آهنی برای مغناطیس خم کننده

2-4-5 قرار دادن یک سیم پیچ بر روی ستون عمودی هسته آهنی 

3-4-5 تعریف چشمه ذرات باردار

4-4-5 تعریف ماده پس زمینه

5-4-5 اجرای برنامه

6-4-5 تحلیل نتایج شبیه سازی در حوزه ردیابی ذرات

5-5 تجزیه و تحلیل نتایج شبیه سازی

6 – شبیه سازی لنز الکترواستاتیکی

1-6 انواع لنزهای الکترواستاتیکی

1-1-6 لنزهای دو الکترودی

2-1-6 لنزهای سه الکترودی

3-1-6 لنزهای چهار و پنج الکترودی

2-6 شبیه سازی یک لنز الکترواستاتیکی سه الکترودی (Einzel Lens)

1-2-6 ایجاد سه الکترود استوانه ای برای Einzel Lens

2-2-6 تعریف پتانسیل الکتریکی برای الکترودهای Einzel Lens

3-2-6 تعریف چشمه ذرات باردار

4-2-6 تعریف ماده پس زمینه

5-2-6 اجرای برنامه

6-2-6 تحلیل نتایج شبیه سازی در حوزه ردیابی ذرات

3-6 تجزیه و تحلیل نتایج شبیه سازی

7 – شبیه‌سازی تفنگ الکترونی

1-7 هندسه تفنگ های الکترونی متداول

2-7 شبیه سازی تفنگ الکترونی EIMAC Y796 با نرمافزار CST

3-7 استفاده از تفنگ الکترونی به جای چشمه مسطح

4-7 تجزیه و تحلیل نتایج شبیه سازی

8 – شبیه سازی مغناطیس چهارقطبی

1-8 شبیه سازی  مغناطیس چهارقطبی

2-8 همگرایی و هدایت باریکه الکترونی توسط دو  مغناطیس چهارقطبی 

3-8 تجزیه و تحلیل نتایج شبیه سازی

منابع و مراجع