Novel simulation method of space charge effects in electron
optical systems including emission of electrons

J 2018

Novel simulation method of space charge effects in electron optical systems including emission of electrons

ZELINKA, Jiří, Martin ORAL a Tomáš RADLIČKA

Základní údaje

Originální název

Novel simulation method of space charge effects in electron optical systems including emission of electrons

Název česky

Nová simulační metoda efektů spojených s prostorovým nábojem v elektronově optických systémech včetně emise elektronů

Autoři

ZELINKA, Jiří, Martin ORAL a Tomáš RADLIČKA

Vydání

Ultramicroscopy, Amsterdam, North Holland, 2018, 0304-3991

Další údaje

Jazyk

angličtina

Typ výsledku

Článek v odborném periodiku

Obor

10303 Particles and field physics

Stát vydavatele

Nizozemské království

Utajení

není předmětem státního či obchodního tajemství

Odkazy

URL

Impakt faktor

Impact factor: 2.644

DOI

http://dx.doi.org/10.1016/j.ultramic.2017.10.010

UT WoS

000417779800009

Klíčová slova česky

prostorový náboj, self-konzistentní simulace, aberační polynom, elektronová emise

Klíčová slova anglicky

Space charge; Self-consistent simulation; Aberration polynomial; Electron emission

Příznaky

Mezinárodní význam, Recenzováno

Změněno: 18. 2. 2020 11:36, Mgr. Marie Šípková, DiS.

Anotace

ORIG CZ

V originále

We present a comprehensive numerical method for iterative computation of electron optical systems influenced by space charge which can accurately describe all effects in an optical system, including areas near a cathode tip and all crossovers. We use two different algorithms of evaluating the space charge distribution in different parts of the system. The Monte-Carlo based particle-in-cell method is used in the vicinity of the cathode. The algorithm based on the calculation of the current density distribution from an aberration polynomial is used for the rest of the system. We introduce a re-meshing algorithm which adapts the finite element mesh used for the field calculation in each iteration to the actual space charge distribution to keep it sufficiently fine in all areas with non-zero space charge. The algorithm is finally tested on a design of an experimental electron-welding machine developed at the ISI of the CAS.

Česky

Předkládáme komplexní metodu iterativní simulace optických systémů ovlivněných prostorovým nábojem, která dokáže přesně popsat všechny efekty v optickém systému, včetně oblastí v blízkosti hrotu katody a všech křižišť. Používáme dva rozdílné postupy výpočtu distribuce hustoty prostorového náboje v rozdílných částech systému. V blízkosti katody je použita metoda buněk založená na Monte-Carlo výpočtech. V ostatních částech systému je použit postup založený na výpočtu proudové hustoty z aberačních polynomů. Pro dosažení přesných výsledků jsme zavedli algoritmus modifikující síť pro výpočet pole metodou konečných prvků v každé iteraci výpočtu na základě aktuální distribuce prostorového náboje, tak abychom ji udrželi dostatečně hustou ve všech oblastech s nenulovou hustotou prostorového náboje. Algoritmus byl testován na systému experimentální elektronové svářečky provozované na ÚPT AVČR.

Citovat

ZELINKA, Jiří, Martin ORAL a Tomáš RADLIČKA. Novel simulation method of space charge effects in electron optical systems including emission of electrons. Ultramicroscopy. Amsterdam: North Holland, 2018, roč. 184, Part B, s. 66-76. ISSN 0304-3991. Dostupné z: https://dx.doi.org/10.1016/j.ultramic.2017.10.010.

@article{1406842,
   author = {Zelinka, Jiří and Oral, Martin and Radlička, Tomáš},
   article_location = {Amsterdam},
   article_number = {Part B},
   doi = {http://dx.doi.org/10.1016/j.ultramic.2017.10.010},
   keywords = {Space charge; Self-consistent simulation; Aberration polynomial; Electron emission},
   language = {eng},
   issn = {0304-3991},
   journal = {Ultramicroscopy},
   note = {Žádný z autorů nemá afiliaci k MU, nelze tedy výsledek přenášet do RIV.},
   title = {Novel simulation method of space charge effects in electron optical systems including emission of electrons},
   url = {https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304399117303078},
   volume = {184},
   year = {2018}
}

TY  - JOUR
ID  - 1406842
AU  - Zelinka, Jiří - Oral, Martin - Radlička, Tomáš
PY  - 2018
TI  - Novel simulation method of space charge effects in electron optical systems including emission of electrons
JF  - Ultramicroscopy
VL  - 184
IS  - Part B
SP  - 66-76
EP  - 66-76
PB  - North Holland
SN  - 03043991
N1  - Žádný z autorů nemá afiliaci k MU, nelze tedy výsledek přenášet do RIV.
KW  - Space charge
KW  - Self-consistent simulation
KW  - Aberration polynomial
KW  - Electron emission
UR  - https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304399117303078
N2  - We present a comprehensive numerical method for iterative computation of electron optical systems influenced by space charge which can accurately describe all effects in an optical system, including areas near a cathode tip and all crossovers. We use two different algorithms of evaluating the space charge distribution in different parts of the system. The Monte-Carlo based particle-in-cell method is used in the vicinity of the cathode. The algorithm based on the calculation of the current density distribution from an aberration polynomial is used for the rest of the system. We introduce a re-meshing algorithm which adapts the finite element mesh used for the field calculation in each iteration to the actual space charge distribution to keep it sufficiently fine in all areas with non-zero space charge. The algorithm is finally tested on a design of an experimental electron-welding machine developed at the ISI of the CAS.
ER  -

ZELINKA, Jiří, Martin ORAL a Tomáš RADLIČKA. Novel simulation method of space charge effects in electron optical systems including emission of electrons. \textit{Ultramicroscopy}. Amsterdam: North Holland, 2018, roč.~184, Part B, s.~66-76. ISSN~0304-3991. Dostupné z: https://dx.doi.org/10.1016/j.ultramic.2017.10.010.

Podrobný výpis o publikaci