Prism高能密度物理仿真软件 - 三维热辐射CAD模块、辐射流体模块、成像及光谱分析模块、不透明度及状态方程计算模块
产品简介
详细信息
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
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
一、软件介绍
SPECT3D是一款多维碰撞-辐射光谱分析模块，用于模拟实验室和天体物理等离子体的原子和辐射特性。SPECT3D一般用来对辐射-流体力学或PIC模拟结果进行后处理。SPECT3D计算LTE和non-LTE等离子体光谱特性（发射和吸收）及电离特性。在开发SPECT3D时重点让该软件容易使用，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。SPECT3D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、SPECT3D主要特征
计算下列几何形状等离子体光谱和电离分布：
1-D 笛卡尔 (x)
1-D 圆柱形 (r)
1-D 球形 (r)
2-D 笛卡尔 (x-y)
2-D 圆柱形 (r-z)
3-D 笛卡尔 (x-y-z)
计算探测器位置辐射通量、过滤图像、单色图像、时间选通图像（time-gated images）、光谱和条纹光谱。
计算等离子体视线图像、光谱和辐射特性：
用PlasmaGen创建用户等离子体网格
在NETCDF或PDB/SILO格式中使用流体力学数据
一个“单元”均匀的温度和密度
计算光子能量的ISO表面光学厚度
包括易用的图形用户界面用于创建问题。
包括用于形象化流体代码数据的图像工具
包括用于查看结果的Spect3D Visualizer图像软件包
包括在线文件，从软件窗口直接访问“帮助”页面
计算LTE和non-LTE等离子体的原子能级布居和光谱
计算外部辐射场对布居和光谱的影响
包含非麦克斯韦电子分布的等离子体模拟
计算X射线汤姆逊散射信号
包含流体速度效应
计算等离子体/背光系统的吸收光谱和图像
背光件可以是有限尺寸
支持背光照射一个球形晶体成像系统
支持基态或随时间变化的原子速率方程求解
包括下列辐射-碰撞模拟的原子过程：
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、自电离和电子俘获
在谱线轮廓模拟中，包括多普勒、自然（例如自电离分布）、和斯塔克增宽（适合的稠密等离子体谱线形状），用户可以修改线宽参数。
利用ATBASE原子模块支持：
原子能级结构
振子强度
光致电离截面
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
稠密等离子体效应：
能级位移
简并度降低
辐射传输：
使用逃逸概率
Using the method of multiangle long characteristics
Using the method of multiangle short characteristics
*LTE = local thermodynamic equilibrium
** For prominent K-shell lines, Stark lineshapes are computed based on MERL code (L. Woltz and C.F. Hooper, Jr., Phys. Rev. A 38, 4766, 1988 and R. C. Mancini, et al, , Comp. Phys. Commun. 63, p. 314, 1991)
三、Spect3D Visualizer
Spect3D Visualizer显示SPECT3D的模拟，可以通过下面给定的Visualizer来显示结果列表。Spect3D Visualizer也提供一种与SPECT3D交互能力，允许用户显示独立视线（例如：虚拟图像平面像素）的详细数据。有这个功能，Visualizer不仅提供用户显示SPECT3D光谱和成像结果的能力，也可以获得更多影响等离子体光谱和图像特性的物理观点的能力。Spect3D Visualizer也包含卷积算法，允许用户显示包括仪器增宽效应影响结果，仪器增宽效应可以用于：光谱（频率和时间）和图像（空间和时间）。Spect3D Visualizer 在线文件可以辅助用户显示SPECT3D结果。
Spect3D Visualizer 显示
光谱：
Spectral line plots for individual simulation times
条纹光谱 (color contours vs. time and frequency)
空间集成光谱（Space-integrated spectra）
1-D空间分辨光谱 (像平面沿竖直或水平方向)
Spectra due to individual lines-of-sight
图像：
过滤图片 (采用随频率变化响应函数)
单色图片
频率集成图形（Frequency-integrated images）
光学厚度contour plots
X-射线二极管电压示踪：
展开显示独立视线：
等离子体特性(T, r)
频率下的具体强度
频率下的光学厚度
电离度
电子密度
四、PLASMAGEN 格子生成工具
PLASMAGEN是一款网格生成工具，用于SPECT3D成像和光谱分析模块一维和二维等离子体网格的创建。这款应用程序能够生成被SPECT3D读入的输出文件。与SPECT3D联合使用，PLASMAGEN允许用户模拟温度和密度分布的一维和二维等离子体的辐射特性。
PLASMAGEN主要特点
创建如下几何形状的等离子体网格：
1-D 笛卡尔 (x)
1-D 圆柱形 (r)
1-D 球形 (r)
2-D 笛卡尔 (x-y)
2-D 圆柱形 (r-z)
3-D 笛卡尔 (x-y-z)
采用解析表达式可以很方便地温度和密度分布
采用几何元素 (或物件)创建格子，例如：圆盘、长方形、壳、板
采用户友好界面创建和显示一维和二维等离子体网格及其温度和密度分布
包括在线文件
采用通用（等离子体网格）坐标系统或独立物件坐标系统创建温度和密度
五、应用实例
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