法式职能概述

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Trak 是一款面向带电粒子光学的多职能仿真法式
，利用领域蕴含电子枪和离子枪、粒子加快器、离子源、微波源、加快柱、静电与磁透镜、真空管及电光器件等。Trak 属于 TriComp 系列场求解法式套件的一部门
，该套件还蕴含 Mesh（通用网格天生器）以及 EStat 和/或 PerMag 用于天生场输入文件。在使用 Trak 之前
，用户应熟悉网格天生和场求解流程。套件中还蕴含 GenDist
，一个用于创建和分析粒子散布的实用工具。

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本篇将着沉介绍 Trak 的运行流程
，不具体论述带电粒子束的物理道理。法式作者撰写的两本著述（随 Trak 软件包提供）对带电粒子光学有齐全概述：

• S. Humphries, Jr.,?Principles of Charged Particle Acceleration?(Wiley, New York, 1986)

• S. Humphries, Jr.,?Charged Particle Beams?(Wiley, New York, 1990)

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法式组织与文件结构

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Trak 推算通常蕴含以下步骤：

1. 使用 Mesh 画图编纂器（或文本编纂器直接输入天堑矢量）界说系统几何
   ，天生场求解的 Mesh 输入文件（体式?FPrefix.MIN）。

2. 使用 Mesh 处置矢量信息
   ，天生一个或两个共形三角网格（纪录在?FPrefix.MOU?文件中）
   ，可处置沉叠统一空间区域的独立电/磁场网格。

3. 使用 EStat 和/或 PerMag 的剧本天生对话框界说资料属性
   ，天生求解法式输入文件（FPrefix.EIN?和/或?FPrefix.PIN）。

4. 运行 EStat 和/或 PerMag 天生场解文件（FPrefix.EOU?和?FPrefix.POU）
   ，蕴含齐全网格信息及静电或矢量势值
   ，Trak 利用这些信息推算粒子轨迹上的 E 或 B 场。

5. 确定推算模式
   ，使用 Trak 交互式对话框筹备输入剧本（FPrefix.TIN）节造运行。

6. 运行 Trak 确定粒子轨迹（可选地蕴含束流空间电荷建改电。。

7. 使用 Trak 创建轨迹/场图
   ，或使用 GenDist 分析输出粒子散布。

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常用文件类型总结如下：

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推算基础

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Trak 推算点状带电粒子在电磁场中的轨迹。这些场可能来自表部电荷和电流（如金属电极感应电荷）、邻近电介质中的表表电荷或磁体线圈电流等（称为表加。。对于低强度束流
，仅需确定表加场即可追踪肆意数量粒子轨迹（单粒子轨迹模式）
，此时粒子间相互作用可忽略。

场推算选取有限元步骤
，将空间区域划分为幼段（TriComp 法式使用三角形截面单元）
，三角形大幼和状态凭据电极等物理对象天堑调整。EStat 静电场推算在节点上确定电势
，资料个性（如介电常数、空间电荷或恒定电势）分配给三角形体积。PerMag 天生的独立表加磁场解可拥有分歧推算网格
，由矢量势节点值组成。

Trak 推算中
，粒子轨迹以幼时步推动。每一步需确定粒子地点单元
，网络相邻节点势值并推算空间导数以估计电；类似地
，在磁网格中确定地点三角形以推算磁场。给定场和初始粒子动量后推动轨迹
，并查抄粒子是否超出网格或进入非真空单元以决定终场推算。

对于二维问题
，TriComp 求解法式处置圆柱结构（r-z 变动
，θ 方向均匀）或平面结构（x-y 变动
，z 方向无限长）中的场。Trak 使用二维场分量在三维笛卡尔坐标中推算粒子轨迹。笛卡尔场分量由径向分量导出。

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追踪模式

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Trak 支持六种推算模式：

1. TRACK（单粒子追踪）：在表加电磁场中追踪单粒子轨迹
   ，无束致成分。粒子可从用户指定列表天生
   ，或在区域天堑发射面上自动天生。合用于低电流或已中和束流。

2. FLINE（场线追踪）：在 EStat 静电解中追踪电场线
   ，常用于推算电阻性介质中的带电粒子流线。

3. SCHARGE（非相对论性强流束）：非相对论性强流电子和/或离子束
   ，蕴含自洽空间电荷效应。粒子可从用户列表和/或 Child 定律发射面天生。

4. RELBEAM（相对论性强流束）：相对论性强流电子和/或离子束
   ，蕴含束致电场和磁场的自洽效应。粒子可从用户列表和/或 Child 定律发射面天生。

5. FEMIT（场致发射）：电子场致发射
   ，含自洽束致场。粒子可从用户列表和/或遵循 Fowler-Nordheim 方程的发射面天生
   ，合用于真空微电子学利用。

6. PLASMA（等离子体离子提。：从自由等离子体表表以 Child 定律发射产生强流离子束
   ，发射面状态自动建改以确保均匀离子通量。

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