[发明专利]考虑离子动力学的电子群参数并行计算方法及相关装置

权利要求书

1.考虑离子动力学的电子群参数并行计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

测量气体在约化场强下的放电电流波形，得到实测电流波形；

建立耦合电子电荷密度和不同种类离子电荷密度的电子崩时空发展模型；

根据电子崩时空发展模型，采用有限体积法计算气体在约化场强下的放电电流波形，得到计算电流波形；

采用遗传算法，以实测电流波形与计算电流波形的偏差最小为优化目标，计算气体在约化场强下的电子群参数。

2.根据权利要求1所述的考虑离子动力学的电子群参数并行计算方法，其特征在于，所述测量气体在约化场强下的放电电流波形是基于脉冲汤逊实验平台进行测量的；所述约化场强E/N为电场强度E与分子数密度N之比，其中E＝U/d，N＝p/k_BT，U为电极间施加的电压，d为电极间距，p为压强，k_B是玻尔兹曼常量，T为实验温度。

3.根据权利要求1所述的考虑离子动力学的电子群参数并行计算方法，其特征在于，所述电子崩时空发展模型如下：

其中，M为n×n阶粒子转化矩阵，t为时间，x表示一维空间，D_L为电子扩散系数，ρ为各粒子电荷密度的列向量，如下：

ω为各粒子的漂移速度，如下：

其中，n表示有n种粒子。

4.根据权利要求1所述的考虑离子动力学的电子群参数并行计算方法，其特征在于，所述采用有限体积法计算气体在约化场强下的放电电流波形，包括：

(1)将放电空间划分为N_x个一维网格，网格的左边界为阴极，网格的右边界为阳极；

(2)当t＝0时，在靠近阴极的第一个单元格中释放初始电子，初始电子的数目为n₀；

(3)进行粒子漂移操作：

将靠近阳极的最后一个单元格的电子移出一维空间，进而把每个单元格中的电子数目移动到下一个单元格中；其中，电子每进行ω_e/ω_ion次漂移操作后，离子才进行一次漂移操作，ω_ion为离子的漂移速度，ω_e为电子的漂移速度；

(4)在每一个单元格内进行粒子间相互转化操作，具体为：

ρ(x,t+Δt)＝Mρ(x,t)Δt+ρ(x,t)

其中，ρ为各粒子电荷密度的列向量；x表示一维空间；t为时间；Δt为时间微元，且Δt＝h/ω_e；ω_e为电子的漂移速度；h为每个网格的长度，且h＝d/N_x；d为电极间距；N_x为一维网格的数量；M为n×n阶粒子转化矩阵；

(5)进行电子扩散操作：

对于第2到N_x-1个单元格，每个单元格中的扩散来自相邻的两个单元格，具体为：

其中，ρ_e为电子电荷密度，D_L为电子扩散系数；

对于第一个单元格，向阴极扩散的电子被反弹回第一个单元格：

对于最后一个单元格，向阳极扩散的电子被阳极吸收：

(6)计算当前时间微元下的电流值I_c0(t)，具体为：

其中，ρ_j表示第j种粒子的电荷密度，ω_j表示第j种粒子的漂移速度，x_i表示第i个网格；

(7)重复步骤(3)-(6)，计算下一个时间微元下的电流值，直到到达放电电流波形的总持续时间；

(8)将计算电流转换到与实测电流相同的数量级，具体为：

其中，Tol为时间微元的总数目，I_c为计算电流值，t_k为某一时间微元，I_m为测量电流值。

5.根据权利要求4所述的考虑离子动力学的电子群参数并行计算方法，其特征在于，所述计算气体在约化场强下的电子群参数时，采用应用并行算法以加速获得气体在约化场强下的电子群参数。