三维热辐射CAD模块

一、         VISRAD软件介绍

VISRAD是一款三维热辐射和CAD程序代码，用于模拟光辐射通过一个完整系统表面的反射、发射和吸收。软件采用用户友好图形界面(GUI)创建三维物体网格及显示来自定向激光和热辐射计算的结果。VISRAD包括定制特征，允许简单设置和模拟主要研究实验室的高能密度物理实验。拥有VISRAD，您可以快速创建表面网格、模拟整个网格的辐射通量和温度分布。VISRAD也包括预置激光束和诊断端口系统，可以方便创建、查看和模拟激光束实验。

支持激光束和诊断端口系统

VISRAD当前预置了如下激光实施：

OMEGA 60束激光系统（Laboratory for Laser Energetics, University of Rochester）

NIF(National Ignition Facility) 192束激光系统（Lawrence Livermore National Laboratory）。对于NIF激光束，除了原来的(3)激光束，VISRAD也可以计算来自未转化的激光(1 and 2)的激光功率沉积。

OMEGA靶腔

二、         VISRAD主要特点

支持设计和模拟在主要激光和脉冲功率实施上的实验

   National Ignition Facility (NIF) at Livermore National Lab

   OMEGA Laser Facility at Univ. of Rochester

   OMEGA-EP Laser System at Univ. of Rochester

   Laser Megajoule (LMJ) near Bordeaux, France

   ORION Laser System near Aldermaston, UK

   Z Pulsed-Power Facility at Sandia National Labs

   PLX Pulsed-Power Facility at Los Alamos National Labs

支持便捷生成各种二维和三维物件的网格，以及预置圆柱形空腔、半腔（halfraums）、四面体空腔

支持面消除功能（例如：在圆柱体中钻孔）

提供从诊断端口或任何用户位置查看功能

提供易用的靶创建能力：在靶腔或任何其他靶部件坐标系中物件位置和方向

支持使用物件相关的材料性能用于：

   辐射反射（albedos）

   激光反射（glint）

   X射线转化效率

支持三维对话式图形：

   靶网格创建

   激光束和/或靶部件能源

   温度和辐射通量分布

包括能源模拟：

   激光束系统

   靶部件自发射

观看激光束与靶部件相互作用十分容易

包含精确算法用于构形因子（configuration factor）积分计算

View factor包括掩星效应 (i.e.,通过介入表面元间阻挡光线).

易用的激光束设置功能：

   在靶腔或任何靶部件坐标系pointing和focusing

   束簇功能可以方便地按组创建束参数

鼠标点击即可显示单个表面元的结果，包括：温度、通量和入射光谱

与其他Prism软件接口：

   HELIOS提供时间和频率相关入射辐射通量数据

   PrismPLOT是一种图表工具，用于生成线图、彩色等高图、三维表面图.

   SPECT3D提供时间和频率相关入射辐射通量数据

棱镜系列软件之辐射流体力学模块

一 软件介绍

HELIOS是一款一维辐射-流体力学模块，用于研究辐射等离子体流体力学演化，也可以用来研究激光束或外部辐射源加热的平面、圆柱或球形等离子体演化。软件易用是设计HELIOS时重点，以用户友好图形界面创建问题、监控模拟过程、以及查看模拟结果。

HELIOS可以和棱镜公司的其他实验室等离子体分析模块配合使用，包括：

   HydroPLOT是一款绘图工具，用于显示来自于HELIOS的大量模拟结果；

   VISRAD是一款三维view factor软件，用于OMEGA和NIF激光装置、以及Z pulsed-power和Z-Pinch装置上设计实验。VISRAD包括用于创建靶和定向激光CAD功能，以及计算贯穿整个三维靶系统辐射环境。对于网格中任意给定的表面元，HELIOS可以用VISRAD提供的随时间和频率变化的入射通量数据来模拟外部辐射源的影响。

   SPECT3D是一款碰撞-辐射光谱分析和成像软件包，通过HELIOS预测的时间相关等离子体结果，用SPECT3D进行后处理，产生可以和试验测量相比的图像和光谱。

二、HELIOS主要特点

HELIOS是一款易用的一维辐射-流体力学程序代码，可以模拟如下领域流体力学：

   激光等离子体

   放电等离子体（Z-pinches）

   辐射加热等离子体

   激波在材料中传输

HELIOS-CR是HELIOS的增强版本，包括采用一个内联碰撞-辐射（inline collisional-radiative）（C-R）模型模拟非局部热力学平衡（non-LTE*）等离子体力学。

三、HELIOS和HELIOS-CR主要特点

进行平面、圆柱和球形等离子体1-D模拟仿真

拉格朗日坐标系中能量和质量守恒方程（例如网格随流体移动）

包括易用的图形用户界面（GUI）用于创建问题和监控模拟过程。

包括图形应用软件HydroPLOT，用于模拟结果可视化。

   以线图、2-D彩色等高线图和3D表面图等方式查看结果

   编辑和保存制图设置

   复制和粘贴图表到MS Office应用程序中

用于一种温度（T = T）或两种温度（T 和 T独立）变量等离子体的能量方程求解

电子传导限流时，采用如下方法执行等离子体热传导：

   Spitzer传导率

   表格的SESAME格式传导率（tabular conductivity）

   用户（常数）传导率

   Spitzer 和常数混合型传导率

包括能量沉积模型用于：

   激光沉积

   磁流体动力学(MHD)效应（于圆柱形几何体）

   离子束

   外部辐射源

采用下列任意一个模型进行多光子能量组辐射传输计算：

   限流辐射扩散

   Multi-angle short characteristics (于平面几何形状)

支持使用SESAME状态方程、热传导和电阻率数据库

支持使用Prism不透明度和状态方程（PROPACEOS）数据库

包括计算聚变产物产额和速率选项

在碰撞-辐射模拟**中，包括下列原子过程

   碰撞电离、复合、激发和退激

   光致电离和受激复合

   光致激发和受激发射

   自发衰减

   辐射复合

   双电子复合、自动电离和电子俘获

利用ATBASE原子数据库支持：

   光电离截面

   振子强度

   碰撞电离截面

   碰撞激发截面

   原子能级能量和跃迁能量

   双电子复合、自电离和电子俘获率

与Prism的其他应用程序接口：

   SPECT3D基于辐射-流体力学模拟结果产生光谱和图像，并与实验光谱和成像数据对比。

   HydroPOLT是一款绘图工具用于查看计算结果

   VISRAD用于产生时间和频率相关的外部辐射源的输入文件

*LTE = local thermodynamic equilibrium

**HELIOS-CR application only.

四、应用实例

模拟实例一：Laser-heated foil

模拟实例二：Radiation-Heated Al Foil

模拟实例三：Radiation-Driven Shock in Al Plate

模拟实例四：Radiation-Driven Capsule Implosion

模拟实例五：Laser-Driven Capsule Implosion 

模拟实例六：Radiation Burn Through SiO2 Foam

棱镜系列软件之成像和光谱分析模块

   二维R-Z圆柱几何形状等离子体网格生成射线图像案例（RadJet）

   掺氩胶囊内爆：An example of generating high-resolution spectra and images from a plasma grid with 1-D spherical geometry. The conditions are relevant to ICF implosion experiments.

   Al K壳层吸收光谱: An example of K-shell absorption spectroscopy for a radiatively heated Al planar foil.

   X射线散射：An example of a typical application of x-ray Thomson scattering to probe plasm conditions. The parameters are representative of an ongoing experimental investigation at Sandia National Labs

棱镜系列软件之光谱分析模块（原子光谱）

一、软件介绍

PrismSPECT光谱分析模块是一款碰撞-辐射光谱分析软件，专门用来模拟实验室和天体物理等离子体的原子和辐射特性。对于用户条件的一个网格等离子体，PrismSPECT可以计算局部和非局部热动平衡等离子体光谱特性（发射和吸收）及电离特性。

在开发PrismSPECT该软件时重点是容易使用：采用用户友好图形界面创建问题、监控模拟过程、以及查看模拟结果。PrismSPECT模块包含一套1-18号元素的原子数据库，其他元素数据库可选。

二、PrismSPECT主要特点：

计算温度和密度均匀的（0宽度或有限尺寸的单个体元）等离子体光谱和电离分布

计算独立部件的等离子体光谱-元素、电离级次、背光等

包括易用的图形用户界面（GUI），用于问题创建和结果查看。

包括在线文件，直接从小窗口访问“Help”页面

计算局部和非局部热动平衡等离子体原子能级布居（atomic level populations）和光谱

计算外部辐射场对布居和光谱的影响

计算等离子体或背光系统中的吸收光谱

支持基态或时间相关原子速率方程求解

支持下列任意两个独立变量2维网格便捷计算：

   温度

   密度

   等离子体尺寸

   成分

   外部辐射场

   非麦克斯韦电子分部参数

包含图形软件包，用于下列计算结果可视化：

   频率相关量与仪器增宽混合

•  发射光谱
•  透射光谱
• 不透明度
• 光学厚度

   贡献频率相关量：

• 选定的元素
• 选定的电离级
• 跃迁类型——束缚-束缚和/或自由-束缚

   电离度

   原子能级布居

   冷却速率

   非局部热动平衡跃迁率计算

   独立束缚-束缚跃迁谱线强度和谱线比例

   选定束缚的谱线强度积分和谱线强度积分比列

   来源于一个高斯函数或Viogt函数的选定带宽

可以拷贝图表并粘贴到Microsoft Office应用程序(e.g., MS Word and PowerPoint) 和其他应用程序中，例如WordPad和NotePad. (Windows PC only)

独立图表可以存到文件中，随后可以查看和编辑

包括模拟非麦克斯韦电子分布等离子体

包括模拟质子撞击激发和电离

包括如下碰撞-辐射模拟原子过程：

   碰撞电离、复合、激发和退激

   光致电离和受激复合

   光致激发和受激发射

   自发衰减

   辐射复合

   双电子复合、自动电离和电子俘获

在谱线轮廓模拟中包括多普勒、自然（包括：自动电离的贡献）和斯塔克增宽

允许用户对斯塔克增宽设置值

允许用户对选定跃迁能量和振子强度设置值.

利用ATBASE原子程序包支持：

   光致电离截面

   振子强度

   碰撞电离截面

   碰撞激发截面

   原子能级能量和跃迁能量

   双电子复合、自电离和电子俘获率

   有需要时合并NIST原子能级能量和振子强度

与Prism其他应用程序的接口：

AtomicModeBuilder：一种用户友好的用户原子模型创建工具。

PrismPLOT：一种查看计算结果的图形工具。.

三、PrismSPECT模拟案例

模拟实例一：Al K-shell spectrum

模拟实例二：Ar-doped DD, Steady-State,

模拟实例三：Al Time-Dependent, Non-Maxwellian.

PROPACEOS 不透明度和状态方程

一、PROPACEOS软件介绍

PROPACEOS (Prism OPACity and Equation Of State code)生产状态方程（EOS）和多组不透明度数据，并为辐射-流体力学仿真软件模块利用。对于一个网格的等离子体条件（温度和密度），PROPACEOS计算频率相关不透明度，并内部能量和压力，将结果写入适合流体力学代码的文件中。开发PROPACEOS重点是让该软件容易使用，采用用户友好图形界面创建问题、监控模拟过程、以及显示模拟结果。PROPACEOS模块一般包含一套1-18号元素的原子数据库，其他元素数据库可选。

二、PROPACEOS主要特点

计算单一元素或多元素等离子体状态方程和不透明度。

包含简单易用图形用户界面（GUI）用于创建问题和查看结果。

包含在线文件，可直接访问帮助页面

计算状态方程和不透明度数据

计算LTE等离子体/光学厚度non-LTE等离子体状态方程和不透明度数据，

可以用现有工作窗口批量模式运行

支持简单和的网格用于：温度、密度、光子能量

独立网格可以用来计算状态方程和不透明度。

高密度效应通过附加的QEOS模型解决。

包括图形软件包用于模拟结果形象化：频率相关不透明度、温度和密度相关EOS和不透明度结果。

包含下列碰撞-辐射原子过程模拟：

  碰撞电离、复合、激发和退激

  光致电离和受激复合

  光激发和受激发射

  自发衰减

  辐射复合

  双电子复合、自电离和电子俘获

倍频器（Multipliers）可以应用于上述过程的速率系数

在线轮廓度模拟中包括多普勒、自然（包括自电离贡献）、斯塔克增宽

利用ATBASE原子代码模块支持：

  光电离截面

  振子强度

  碰撞电离截面

  碰撞激发截面

  原子能级能量与跃迁能量

  双电子复合、自电离和电子俘获率.

  包含NIST原子能级和振子强度

可以用来查看先前计算的PROPACEOS数据文件或SESAME文件