Das SIMULIA Simulationsportfolio umfasst eine breite Palette von Solvern, die die Simulation von Geräten ermöglichen, die die Interaktion von frei beweglichen Teilchen und elektromagnetischen Feldern nutzen. Dieser Teil des Portfolios stützt sich auf die bewährten Technologien von CST Studio Suite und Opera.
Die Dynamiksimulation von geladenen Teilchen ist für die Analyse und Optimierung verschiedener Geladene-Teilchen-Geräte von entscheidender Bedeutung. Der Simulationsprozess der Lebensdauer eines Teilchens kann mit dem Austritt der Teilchen und den Auswirkungen der beschleunigenden Elektrostatik sowie der Konzentration auf magnetostatische Felder beginnen, denen sie ausgesetzt sind. Darüber hinaus werden diese Geräte, die externe Felder erzeugen, sorgfältig mithilfe hochpräziser statischer Simulationen konstruiert. Bei sehr hohen Energien müssen auch die relativistischen Bewegungsgleichungen berücksichtigt werden.
Bei der Teilchensimulation können die von den Teilchen erzeugten Felder als Raumladung betrachtet werden, die die externen elektromagnetischen Felder überlagert. Durch die selbstelektromagnetischen Felder kann eine transiente Komponente entstehen, die auf die Teilchen wirkt. Ab diesem Punkt benötigen wir eine vollständig selbständige Simulation von Teilchen in Zellen.
Um höhere Teilchenenergien zu erreichen, wird der Teilchenstrahl HF-Feldern ausgesetzt. Ein Elektronenstrahl kann sich nun der Lichtgeschwindigkeit, der ultrarelativistischen Grenze nähern. Der Teilchenstrahl wird als Strom betrachtet, der elektromagnetische Felder erzeugt, Kielfelder, die auf sich selbst oder auf nachfolgende Strahlen reagieren können. Verschiedene Strahloptikgeräte lenken den Strahl.
CST Studio Suite und Opera verfügen über mehrere Tools für die Entwicklung von Geladene-Teilchen-Geräten. Neben den typischen statischen und Hochfrequenz-Solvern gibt es den Particle Tracking Solver, den elektrostatischen Particle-in-Cell (PIC) Solver (es-PIC), den standardmäßigen Particle-in-Cell (PIC) Solver sowie den Kielfeld-Solver. Diese werden zur Konstruktion von Strahlführungskomponenten aus Teilchenquellen über Magnete bis hin zu Hohlräumen und Absorbern verwendet.
Die Simulation der Partikeldynamik ist auch bei der Konstruktion von Vakuumelektronengeräten von entscheidender Bedeutung. Magnetrone, Gyrotrone, Klystrone und Wanderwellenverstärker gehören zu den Komponenten, die mit der CST Studio Suite entwickelt werden können. Ausfalleffekte wie Elektronenresonanz und Korona können simuliert werden. Bei der multiphysikalischen Simulation können zudem die thermischen und mechanischen Auswirkungen von Hochleistungs-Mikrowellen berücksichtigt werden.
