通过粒子追踪模拟专注于Einzel镜头

2017年11月15日

Einzel镜头用于将带电的颗粒梁聚焦在阴极射线管（CRT）中。为了正确分析einzel镜头，我们需要研究透镜中的带电颗粒受到适当的电激发。在这里，我们讨论了一个使用粒子跟踪模块的示例，该模块是ComsolMultiphysics®软件的附加产品。

第一次走进视频游戏比赛，我对房间中CRT电视的数量感到惊讶。为什么要使用盒子电视代替当前的平面版本？当我问我的兄弟（以前参加过这些比赛的人）时，他告诉我，CRT电视更好地展示某些游戏，因为他们每秒提供了所需的响应时间和帧。这一优势使CRT电视在游戏社区中很受欢迎。

CRT电视的照片。
CRT电视。丹尼尔·奥恩斯（Daniel Oines）的图像 - 自己的作品。获得许可CC由2.0，通过Flickr Creative Commons。

与较新的型号不同，这些电视依赖于CRT，这些电视是控制电子梁如何到达屏幕的真空管。为了聚焦带电的粒子梁，一些CRT使用Einzel镜头。这些镜头也在离子推进系统以及离子和电子束实验中发现。

Einzel镜头的聚焦能力取决于以下因素：

为了准确研究Einzel镜头设计中的这些因素，我们可以使用粒子跟踪模拟。

这个Einzel镜头示例由在同一轴上对齐的三个圆柱体组成。在这些圆柱体中，中间的电压保持固定电压，而外部两个气缸则接地。

使用该模型研究的电子的初始动能为20 keV。它们的速度仅占光速的一小部分。因此，考虑了相对论效应。

我们可以使用两个不同的研究和接口来解决该模型。第一个是一项固定研究，使用静电接口计算电势和3D静电场。然后，我们使用相应的电场在模型电子上发挥电力。第二，一项时间依赖的研究和带电的粒子跟踪界面可用于确定电子粒子轨迹。

在下一部分中，我们看到了这些研究的结果。

让我们看一下电极周围的区域（在这种情况下，在这种情况下）聚焦。在下面的左图中，我们看到围绕电极的等电位表面。我们还可以通过查看电极附近的横截面来研究电势和条纹场（如下图所示）。

电势（左）和电势和条纹场（右）的等侧面周围。

扩展视图有助于通过Einzel镜头可视化电子轨迹。如下所示，颗粒在接近镜头时会降低速度。当通过镜头时，它们开始再次加速，最终达到了初始速度。

左图显示了Einzel镜头中的电子轨迹。这里看到的颜色代表粒子动能与初始动能的比率。右图显示了电子轨迹和电势的等音表面。

接下来，我们通过Einzel镜头检查电子的标称束轨迹。我们还考虑了对带电粒子梁在横时空间中接收的面积的共同测量：超启示性。

图像显示了Einzel镜头中标称光束轨迹。
标称光束轨迹。在这里，颜色表达式描绘了光束的超启示性。

通过粒子追踪建模，我们能够更好地分析Einzel镜头，并可以使用这些结果来改善我们的设计。通过单击下面的按钮，请自己尝试Einzel Lens示例。

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