相对论电子束传输方案设计方法、装置、设备和介质

摘要

本申请涉及相对论电子束传输方案设计方法、装置、设备和介质，方法包括：调用背景等离子体环境空间模型；采用外部注入法将相对论电子束注入等离子体通道，利用激发的尾波场横向场对相对论电子束进行长距离约束；调整相对论电子束的传输参数，进行传输模拟；根据设定的边界条件，采用高阶粒子云插值方法求解电流及四阶有限差分方法求解Maxwell方程，计算得到参数调整后相对论电子束的模拟结果；根据模拟结果确定最优模拟结果，将最优模拟结果对应的传输参数输出作为相对论电子束传输方案设计结果；最优模拟结果为相对论电子束的束斑最小、能量准直最优且能量损失最小时的模拟结果。实现了相对论电子束高效长程稳定传输的效果。

权利要求

1.一种相对论电子束传输方案设计方法，其特征在于，包括步骤：

调用构建的背景等离子体环境空间模型；所述背景等离子体环境空间模型用于提供模拟的等离子体通道；

采用外部注入法将相对论电子束注入所述等离子体通道，利用所述相对论电子束与等离子体相互作用激发的尾波场横向场对所述相对论电子束进行长距离约束；

调整所述相对论电子束的传输参数，进行传输模拟；所述传输参数包括束初始长度、束初始半径、束‑等离子体密度比、束相对论洛伦兹因子以及束密度分布；

根据设定的边界条件，采用高阶粒子云插值方法求解电流及四阶有限差分方法求解Maxwell方程，计算得到参数调整后所述相对论电子束的模拟结果；所述模拟结果包括传输密度演化结果、场演化结果和能量损失结果；

根据所述模拟结果确定最优模拟结果，将所述最优模拟结果对应的传输参数输出作为相对论电子束传输方案设计结果；所述最优模拟结果为相对论电子束的束斑最小、能量准直最优且能量损失最小时的模拟结果。

2.根据权利要求1所述的相对论电子束传输方案设计方法，其特征在于，所述背景等离子体环境空间模型的等离子体背景包括均匀等离子体背景、高斯分布等离子体背景或超高斯分布等离子体背景。

3.根据权利要求1或2所述的相对论电子束传输方案设计方法，其特征在于，所述背景等离子体环境空间模型的等离子体包括单一气体或混合气体。

4.根据权利要求3所述的相对论电子束传输方案设计方法，其特征在于，还包括步骤：根据选定的等离子体空间环境参数，建立所述背景等离子体环境空间模型；所述等离子体空间环境参数包括背景等离子体密度分布类型以及背景等离子体成分组成；

根据所述背景等离子体环境空间模型进行模拟计算时所需的时间网格和空间网格划分。

5.根据权利要求1所述的相对论电子束传输方案设计方法，其特征在于，所述边界条件为simple outflow边界条件。

6.根据权利要求5所述的相对论电子束传输方案设计方法，其特征在于，所述传输模拟采用移动窗口方法处理。

7.根据权利要求1所述的相对论电子束传输方案设计方法，其特征在于，所述相对论电子束采用三维高斯密度分布束。

8.一种相对论电子束传输方案设计装置，其特征在于，包括：

模型调用模块，用于调用构建的背景等离子体环境空间模型；所述背景等离子体环境空间模型用于提供模拟的等离子体通道；

注入处理模块，用于采用外部注入法将相对论电子束注入所述等离子体通道，利用所述相对论电子束与等离子体相互作用激发的尾波场横向场对所述相对论电子束进行长距离约束；

参数调整模块，用于调整所述相对论电子束的传输参数，进行传输模拟；所述传输参数包括束初始长度、束初始半径、束‑等离子体密度比、束相对论洛伦兹因子以及束密度分布；

结果计算模块，用于根据设定的边界条件，采用高阶粒子云插值方法求解电流及四阶有限差分方法求解Maxwell方程，计算得到参数调整后所述相对论电子束的模拟结果；所述模拟结果包括传输密度演化结果、场演化结果和能量损失结果；

设计输出模块，用于根据所述模拟结果确定最优模拟结果，将所述最优模拟结果对应的传输参数输出作为相对论电子束传输方案设计结果；所述最优模拟结果为相对论电子束的束斑最小、能量准直度最高且能量损失最小时的模拟结果。

9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述相对论电子束传输方案设计方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述相对论电子束传输方案设计方法的步骤。

说明书

相对论电子束传输方案设计方法、装置、设备和介质

技术领域

[0001] 本申请涉及新型粒子束传输技术领域，特别是涉及一种相对论电子束传输方案设计方法、装置、设备和介质。

背景技术

[0002] 近年来，高能量、高准直的相对论电子束在天文学、惯性约束聚变、放射医学以及新型检测技术等领域已具有广泛的应用，而很多潜在应用场景对于相对论电子束长程传输均有一定的需求，如高能电子束透射成像技术等新型粒子束检测技术。对相对论电子束长程传输稳定性的研究，对于研究电子束传输能力和探索电子束新应用领域具有重要意义。

[0003] 相对论电子束的长程传输对于电子束准直方法有很高的要求，然而，在实现本发明的过程中，发明人发现常用准直方法如磁四极透镜、外加磁场等方法在涉及长距离传输场景时，其成本和复杂性都成倍数上升，工程应用难度较大，存在着无法有效进行长程稳定传输的技术问题。

发明内容

[0004] 基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够高效进行长程稳定传输的相对论电子束传输方案设计方法、一种相对论电子束传输方案设计装置、一种计算机设备以及一种计算机可读存储介质。

[0005] 为了实现上述目的，本发明实施例采用以下技术方案：

[0006] 一方面，本发明实施例提供一种相对论电子束传输方案设计方法，包括步骤：

[0007] 调用构建的背景等离子体环境空间模型；背景等离子体环境空间模型用于提供模拟的等离子体通道；

[0008] 采用外部注入法将相对论电子束注入等离子体通道，利用相对论电子束与等离子体相互作用激发的尾波场横向场对相对论电子束进行长距离约束；

[0009] 调整相对论电子束的传输参数，进行传输模拟；传输参数包括束初始长度、束初始半径、束‑等离子体密度比、束相对论洛伦兹因子以及束密度分布；

[0010] 根据设定的边界条件，采用高阶粒子云插值方法求解电流及四阶有限差分方法求解Maxwell方程，计算得到参数调整后相对论电子束的模拟结果；模拟结果包括传输密度演化结果、场演化结果和能量损失结果；

[0011] 根据模拟结果确定最优模拟结果，将最优模拟结果对应的传输参数输出作为相对论电子束传输方案设计结果；最优模拟结果为相对论电子束的束斑最小、能量准直最优且能量损失最小时的模拟结果。

[0012] 另一方面，还提供一种相对论电子束传输方案设计装置，包括：

[0013] 模型调用模块，用于调用构建的背景等离子体环境空间模型；背景等离子体环境空间模型用于提供模拟的等离子体通道；

[0014] 注入处理模块，用于采用外部注入法将相对论电子束注入等离子体通道，利用相对论电子束与等离子体相互作用激发的尾波场横向场对相对论电子束进行长距离约束；

[0015] 参数调整模块，用于调整相对论电子束的传输参数，进行传输模拟；传输参数包括束初始长度、束初始半径、束‑等离子体密度比、束相对论洛伦兹因子以及束密度分布；

[0016] 结果计算模块，用于根据设定的边界条件，采用高阶粒子云插值方法求解电流及四阶有限差分方法求解Maxwell方程，计算得到参数调整后相对论电子束的模拟结果；模拟结果包括传输密度演化结果、场演化结果和能量损失结果；

[0017] 设计输出模块，用于根据模拟结果确定最优模拟结果，将最优模拟结果对应的传输参数输出作为相对论电子束传输方案设计结果；最优模拟结果为相对论电子束的束斑最小、能量准直最优且能量损失最小时的模拟结果。

[0018] 又一方面，还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现任一项的上述相对论电子束传输方案设计方法的步骤。

[0019] 再一方面，还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现任一项的上述相对论电子束传输方案设计方法的步骤。

[0020] 上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

[0021] 上述相对论电子束传输方案设计方法、装置、设备和介质，通过采用上述设计方法，利用相对论电子束与等离子体相互作用激发尾波场，然后运用尾波场横向场的约束能力对电子束进行长距离的约束，调整优化传输参数和束流参数，最终获得最优的相对论电子束长程稳定传输的数值设计结果。设计结果对应的传输方案在实际应用中，有效抑制了成丝不稳定性和扭曲不稳定性，提高了束传输的稳定性，降低了束传输损失。在束斑大小合适、束能量准直度较高的基础上，束流损失可以控制在10％左右，实现相对论电子束高效长程稳定传输的效果。采用等离子体通道进行传输设计，可以避免在工程应用中随传输距离增加，成本和复杂度都成倍上涨，而且受环境限制极大等缺陷，且与激光加速器使用环境相近，联系更加紧密。

附图说明

[0022] 图1为一个实施例中相对论电子束传输方案设计方法的流程示意图；

[0023] 图2为另一个实施例中相对论电子束传输方案设计方法的流程示意图；

[0024] 图3为一个实施例中相对论电子束传输形态演化及优化参数后传输结果示意图；其中，(a)表示横向展宽与传输距离的关系的参照图，(b)表示减小束初始长度下的横向展宽与传输距离的关系图，(c)表示改变束密度分布时的横向展宽与传输距离的关系图；

[0025] 图4为一个实施例中不同传输参数对束流传输稳定性影响的示意图；其中，(a)表示调整束‑等离子体密度比时对束流传输稳定性影响的示意图，(b)表示调整相对论洛伦兹因子时对束流传输稳定性影响的示意图；

[0026] 图5为一个实施例中优化参数后能谱对比示意图；其中，(a)表示优化参数后圆柱束的能谱对比示意图，(b)表示优化参数后高斯束的能谱对比示意图；

[0027] 图6为一个实施例中相对论电子束传输方案设计装置的模块结构示意图。

具体实施方式

[0028] 为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，并不用于限定本申请。

[0029] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

[0030] 另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

[0031] 在研究实践中，联系到激光尾波场加速中的尾波场横向场同样具有聚束和散束的能力，因此本申请考虑用等离子体来对相对论电子束进行长程约束，此时相对论电子束从激光加速器中产生到传输均处于等离子体环境中，这可能为装置的简化提供新的思路。

[0032] 本申请的技术方案主要提供了一种基于等离子体通道的相对论电子束传输方案设计方法。研究可知相对论电子束在等离子体中的传输过程中的稳定性，主要受自调制不稳定性、软管不稳定性以及成丝不稳定性的影响。所有上述不稳定性均可以通过调整束流密度、束流能量、束流初始包络以及束密度分布进行控制。在设计过程中，使用高性能计算机进行了粒子模拟，在实验上可以通过电离气体产生等离子体通道后，注入相对论电子束传输进行验证。通过优化参数设计，本方法最终在控制束斑大小足够小的情况下实现了相对论电子束百米量级的稳定传输，传输能量损失从40％减少到10％。

[0033] 请参阅图1，一方面，本发明提供一种相对论电子束传输方案设计方法，包括如下步骤S12至S20：

[0034] S12，调用构建的背景等离子体环境空间模型；背景等离子体环境空间模型用于提供模拟的等离子体通道；

[0035] S14，采用外部注入法将相对论电子束注入等离子体通道，利用相对论电子束与等离子体相互作用激发的尾波场横向场对相对论电子束进行长距离约束；

[0036] S16，调整相对论电子束的传输参数，进行传输模拟；传输参数包括束初始长度、束初始半径、束‑等离子体密度比、束相对论洛伦兹因子以及束密度分布。

[0037] S18，根据设定的边界条件，采用高阶粒子云插值方法求解电流及四阶有限差分方法求解Maxwell方程，计算得到参数调整后相对论电子束的模拟结果；模拟结果包括传输密度演化结果、场演化结果和能量损失结果；

[0038] S20，根据模拟结果确定最优模拟结果，将最优模拟结果对应的传输参数输出作为相对论电子束传输方案设计结果；最优模拟结果为相对论电子束的束斑最小、能量准直最优且能量损失最小时的模拟结果。

[0039] 可以理解，上述步骤是通过粒子模拟方法模拟相对论电子束与等离子体相互作用过程，并进行参数优化设计，最终获得最优的相对论电子束长程稳定传输的数值结果。背景等离子体环境空间模型可以根据实际应用中选定的等离子体空间环境相关参数，在粒子模拟程序中预先设置，用于研究等离子体环境，在相对论电子束注入后，等离子体与相对论电子束相互作用激发尾波场，而尾波场加速中尾波场横向场同样具有约束的能力，因此可以利用尾波场横向场对相对论电子束进行长距离约束，也即为相对论电子束提供等离子体通道进行长程传输的约束。

[0040] 在实际应用中，相对论电子束从激光加速器中产生后，可以采用本领域已有的外部注入法注入到等离子体通道中，利用相对论电子束与等离子体相互作用激发的尾波场横向场对相对论电子束进行长距离约束，此时，相对论电子束从产生到传输均处于等离子体环境中。同理，可以在粒子模拟程序中采用外部注入法将生成的相对论电子束注入背景等离子体环境空间模型所提供的等离子体通道进行长距离约束。

[0041] 在设计过程中，调整相对论电子束的各传输参数进行参数优化设计，开展传输模拟，同时，根据设定的边界条件(也即模拟边界)，采用本领域中的高阶粒子云插值方法求解电流及四阶有限差分方法求解Maxwell(麦克斯韦)方程，对束流和场进行跟踪计算，以得到参数调整后相对论电子束的模拟结果，且计算过程中数值噪声可得到有效减少。其中，各参数的调整可以先后进行多次调整并对应进行多次计算处理，以获得各参数变化所对应的各模拟结果，各模拟结果可以但不限于通过可视化图表的方式进行跟踪展示。

[0042] 从束斑大小、能量准直以及能量损失三个角度对模拟结果进行评价，其中束斑大小应在不大于模拟盒子大小的基础上做到尽可能小；能量准直应当做到能谱展宽尽可能小；能量损失应当对最终时刻模拟盒子内所有粒子总能量进行统计，再与初始时刻能量进行比对，做到能量损失最小。通过评价可以得出，具有高斯包络和高洛伦兹因子的细短弱流相对论电子束在等离子体中具有更好的长程稳定传输能力。调整优化等离子体背景环境和相对论电子束的参数，可以得到更好的长程稳定传输结果。

[0043] 因此，通过对获得的模拟结果进行评价，可以从中找到最优模拟结果，从而输出其对应的传输参数，即为相对论电子束传输方案的设计结果，在实际应用中根据该设计结果进行实际传输环境布设和相对论电子束参数设置，即可实现相对论电子束的高效长程稳定传输。

[0044] 上述相对论电子束传输方案设计方法，通过采用上述设计方法，采用上述设计方法，利用相对论电子束与等离子体相互作用激发尾波场，然后运用尾波场横向场的约束能力对电子束进行长距离的约束，调整优化传输参数和束流参数，最终获得最优的相对论电子束长程稳定传输的数值设计结果。设计结果对应的传输方案在实际应用中，有效抑制了成丝不稳定性和扭曲不稳定性，提高了束传输的稳定性，降低了束传输损失。在束斑大小合适、束能量准直度较高的基础上，束流损失可以控制在10％左右，实现相对论电子束高效长程稳定传输的效果。采用等离子体通道进行传输设计，可以避免在工程应用中随传输距离增加，成本和复杂度都成倍上涨，而且受环境限制极大等缺陷，且与激光加速器使用环境相近，联系更加紧密。

[0045] 在一个实施例中，如图2所示，上述方法还包括步骤S10和S11：

[0046] S10，根据选定的等离子体空间环境参数，建立背景等离子体环境空间模型；等离子体空间环境参数包括背景等离子体密度分布类型以及背景等离子体成分组成；

[0047] S11，根据背景等离子体环境空间模型进行模拟计算时所需的时间网格和空间网格划分。

[0048] 可以理解，在设计开始前，可以在线建立所需的背景等离子体环境空间模型，并且对其进行相应的网格划分，以方便在模拟过程中进行高效的数据采集与计算处理。其中，时间网格和空间网格的大小可以根据计算精度和其他计算需求进行设置。

[0049] 在一个实施例中，背景等离子体环境空间模型的等离子体背景包括均匀等离子体背景、高斯分布等离子体背景或超高斯分布等离子体背景等。可以理解，等离子体背景可以按照实际设计与应用等目标，相应设置为各种不同的等离子体场景。

[0050] 在一个实施例中，背景等离子体环境空间模型的等离子体包括单一气体或混合气体。可以理解，等离子体成分也可以有不同组成，如单一气体或混合气体等。

[0051] 在一个实施例中，边界条件为simple outflow边界条件。可选的，在本实施例中，模拟边界均为simple outflow(简单流出)边界条件，可以进一步减少数值噪声。

[0052] 在一个实施例中，传输模拟采用移动窗口方法处理。可以理解，在本实施例中，采用本领域中已有的移动窗口方法进行处理，可以有效减少计算量，从而提升设计效率并节省计算资源。

[0053] 在一个实施例中，相对论电子束采用三维高斯密度分布束。可选的，在上述实施例中，设计过程中可以采用陡峭密度梯度圆柱束和三维高斯密度分布束进行模拟，在本实施例中，优选的，采用三维高斯密度分布束进行设计，设计效果更好。

[0054] 应该理解的是，虽然图1和图2流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其他的顺序执行。而且图1和图2的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

[0055] 在一个实施例中，以下提供其中一个设计示例，用于更直观地说明上述设计方法。本领域技术人员可以理解该示例仅为示意性的，并非是对上述设计方法的唯一限定，本领域技术人员可以根据上述设计方法的指引，实现对不同场景下的相对论电子束的长程稳定传输方案的设计。

[0056] 设计的实现过程均可在计算设备上的粒子模拟程序中完成。通过调整束初始长度、束初始半径、束‑等离子体密度比、束相对论洛伦兹因子以及束密度分布，可以降低束流不稳定性、减少束传输损失。具体流程为，首先布设等离子体环境，以均匀等离子体背景为+例，采用N2气体作为背景，等离子体为N离子和电子混合的等离子体，由于离子质量远大于电子质量，当束流强度不高时，所激发尾波场无法有效驱动离子运动，在此物理过程中，认
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为离子不运动。背景等离子体内的电子数密度为1×10 /m。相对论电子束采用外部注入法
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注入的方式进入等离子体环境中，其电子数密度可按目标流强进行调整，以1×10 /m 为例。模拟中采用陡峭密度梯度圆柱束，初始电子温度为0.1eV，束沿x方向传播。束密度分布为ρ(r,ξ)＝ρ0Θ(rb‑r)Θ(ξ)，其中，Θ表示赫维赛德阶跃函数(Heaviside step‑function)分布，rb表示束半径，ξ＝β0ct‑z表示共动坐标，表示归一化纵向速度，c表示光速，表示实际位移距离，ρ0表示束初始密度，r表示柱坐标，t表示时间。模拟盒子大小为(60×80×80)mm，网格大小为(0.2×0.2×0.2)mm。为减小计算量，模拟采用移动窗口方法，窗口移动速度为
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2.9997×10m/s，模拟时间步长为1ns，初始时刻注入束流强约为10A，偏差不超过10A的
10％。为减少数值噪声，模拟中采用高阶粒子云插值方法求解电流及四阶有限差分方法求解Maxwell方程，模拟边界均为simple outflow边界条件。相对论电子束在预设好的等离子体中传输，最终得到模拟结果。从束斑大小、能量准直以及能量损失三个角度对模拟结果进行评价，其中束斑大小应在不大于模拟盒子大小的基础上做到尽可能小；能量准直应当做到能谱展宽尽可能小；能量损失应当对最终时刻模拟盒子内所有粒子总能量进行统计，再与初始时刻能量进行比对。通过评价可以得出，具有高斯包络和高洛伦兹因子的细短弱流相对论电子束在等离子体中具有更好的长程稳定传输能力。调整优化等离子体背景环境和相对论电子束参数，可以得到更好的长程稳定传输结果。

[0057] 本示例中，电子束传输形态演化及优化参数后传输结果如图3所示，对比其中的图(a)可知，通过减小束初始长度(如图(b))，束流传输过程中的能量损失可以大幅下降，从40％下降到10％。通过改变束密度分布(如图(c))，束流传输准直度和稳定性可以得到提升。

[0058] 本示例中，不同传输参数对束流传输稳定性影响如图4所示，通过调整束‑等离子体密度比nb/ne(如图(a))和相对论洛伦兹因子γb(如图(b))，束传输不稳定性可以得到有效控制，其中，nb表示电子数密度，ne表示等离子体密度。随束‑等离子体密度比下降和相对论洛伦兹因子上升，束传输不稳定性均可以得到良好的抑制。

[0059] 本示例中，最终得到的优化后相对论电子束能谱对比如图5所示，圆柱束(图(a))的能量更加发散且束流总体速度减慢明显，相对而言，高斯束(图(b))能量更加准直且束展宽更小，其中，纵坐标轴dN/dE中N表示电子数，E表示电子的能量。

[0060] 请参阅图6，在一个实施例中，还提供了一种相对论电子束传输方案设计装置100，包括模型调用模块11、注入处理模块13、参数调整模块15、结果计算模块17和设计输出模块19。其中，模型调用模块11用于调用构建的背景等离子体环境空间模型；背景等离子体环境空间模型用于提供模拟的等离子体通道。注入处理模块13用于采用外部注入法将相对论电子束注入等离子体通道，利用相对论电子束与等离子体相互作用激发的尾波场横向场对相对论电子束进行长距离约束。参数调整模块15用于调整相对论电子束的传输参数，进行传输模拟；传输参数包括束初始长度、束初始半径、束‑等离子体密度比、束相对论洛伦兹因子以及束密度分布。结果计算模块17用于根据设定的边界条件，采用高阶粒子云插值方法求解电流及四阶有限差分方法求解Maxwell方程，计算得到参数调整后相对论电子束的模拟结果；模拟结果包括传输密度演化结果、场演化结果和能量损失结果。设计输出模块19用于根据模拟结果确定最优模拟结果，将最优模拟结果对应的传输参数输出作为相对论电子束传输方案设计结果；最优模拟结果为相对论电子束的束斑最小、能量准直最优且能量损失最小时的模拟结果。

[0061] 上述相对论电子束传输方案设计装置100，通过各模块的协作，采用上述设计方法，利用相对论电子束与等离子体相互作用激发尾波场，然后运用尾波场横向场的约束能力对电子束进行长距离的约束，调整优化传输参数和束流参数，最终获得最优的相对论电子束长程稳定传输的数值设计结果。设计结果对应的传输方案在实际应用中，有效抑制了成丝不稳定性和扭曲不稳定性，提高了束传输的稳定性，降低了束传输损失。在束斑大小合适、束能量准直度较高的基础上，束流损失可以控制在10％左右，实现相对论电子束高效长程稳定传输的效果。采用等离子体通道进行传输设计，可以避免在工程应用中随传输距离增加，成本和复杂度都成倍上涨，而且受环境限制极大等缺陷，且与激光加速器使用环境相近，联系更加紧密。

[0062] 在一个实施例中，上述相对论电子束传输方案设计装置100还可以包括：

[0063] 模型建立模块，用于根据选定的等离子体空间环境参数，建立背景等离子体环境空间模型；等离子体空间环境参数包括背景等离子体密度分布类型以及背景等离子体成分组成；

[0064] 网格划分模块，用于根据背景等离子体环境空间模型进行模拟计算时所需的时间网格和空间网格划分。

[0065] 关于相对论电子束传输方案设计装置100的具体限定，可以参见上文中相对论电子束传输方案设计方法的相应限定，在此不再赘述。上述相对论电子束传输方案设计装置100中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于具体数据处理功能的设备中，也可以软件形式存储于前述设备的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作，前述设备可以是但不限于本领域已有的各型设计系统或计算机终端。

[0066] 又一方面，还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时可以实现以下步骤：调用构建的背景等离子体环境空间模型；采用外部注入法将相对论电子束注入等离子体通道，利用相对论电子束与等离子体相互作用激发的尾波场横向场对相对论电子束进行长距离约束；调整相对论电子束的传输参数，进行传输模拟；根据设定的边界条件，采用高阶粒子云插值方法求解电流及四阶有限差分方法求解Maxwell方程，计算得到参数调整后相对论电子束的模拟结果；根据模拟结果确定最优模拟结果，将最优模拟结果对应的传输参数输出作为相对论电子束传输方案设计结果。其中，背景等离子体环境空间模型用于提供模拟的等离子体通道；传输参数包括束初始长度、束初始半径、束‑等离子体密度比、束相对论洛伦兹因子以及束密度分布；模拟结果包括传输密度演化结果、场演化结果和能量损失结果；最优模拟结果为相对论电子束的束斑最小、能量准直最优且能量损失最小时的模拟结果。

[0067] 在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还可以实现上述相对论电子束传输方案设计方法各实施例中增加的步骤或者子步骤。

[0068] 再一方面，还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：调用构建的背景等离子体环境空间模型；采用外部注入法将相对论电子束注入等离子体通道，利用相对论电子束与等离子体相互作用激发的尾波场横向场对相对论电子束进行长距离约束；调整相对论电子束的传输参数，进行传输模拟；根据设定的边界条件，采用高阶粒子云插值方法求解电流及四阶有限差分方法求解Maxwell方程，计算得到参数调整后相对论电子束的模拟结果；根据模拟结果确定最优模拟结果，将最优模拟结果对应的传输参数输出作为相对论电子束传输方案设计结果。其中，背景等离子体环境空间模型用于提供模拟的等离子体通道；传输参数包括束初始长度、束初始半径、束‑等离子体密度比、束相对论洛伦兹因子以及束密度分布；模拟结果包括传输密度演化结果、场演化结果和能量损失结果；最优模拟结果为相对论电子束的束斑最小、能量准直最优且能量损失最小时的模拟结果。

[0069] 在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时，还可以实现上述相对论电子束传输方案设计方法各实施例中增加的步骤或者子步骤。

[0070] 本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成的，计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其他介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线式动态随机存储器(Rambus DRAM，简称RDRAM)以及接口动态随机存储器(DRDRAM)等。

[0071] 以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0072] 以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可做出若干变形和改进，都属于本申请保护范围。因此本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。