[发明专利]一种用于离子推进器数值模拟的电荷交换碰撞MCC方法

权利要求书

1.一种用于离子推进器数值模拟的电荷交换碰撞MCC方法，具体如下：

步骤1、在GPU设备端的全局内存上开辟两段存储空间；

一段存储空间定义结构体数组，大小为能存储下模拟区域中离子推进器的所有粒子信息，即初始粒子的速度、位置和粒子属性标记信息，并且初始粒子属性标记均初始化为1，用1代表未参与电荷交换碰撞的快速粒子，用2代表参加电荷交换碰撞之后的慢速粒子；

另一段存储空间定义一个数组，大小为粒子的个数，用来存储粒子参加电荷交换碰撞判断时所需要的随机数，并将数组内的值均赋值为0；

步骤2、根据全局内存中存储的离子推进器中粒子属性标记为1的粒子个数N，调用统一计算架构平台的设备端随机数生成函数，设置随机数种子，利用GPU来产生和粒子个数N相等的随机数；每一个粒子都有一个与其对应的随机数R，用来判断该粒子是否进行电荷交换碰撞，并将所有的随机数按照数组索引的方式存放在GPU开辟的全局内存中；

步骤3、在GPU端的核函数内，根据全局内存中粒子属性标记为1的粒子个数N，并结合GPU的单指令多线程特点，分配其线程块和线程网格的大小与维度，通过线程块和线程网格的大小与维度计算得到线程的索引；

用一个线程映射一个粒子，使每一个粒子都有唯一的一个线程索引与其对应；用与粒子相对应的线程从全局内存中读取该粒子速度信息，根据读取得到的粒子的速度信息，由对应线程索引的线程计算出每个粒子碰撞截面，进而求得该粒子发生电荷交换碰撞的几率P；

步骤4、用粒子对应的线程索引的大小去索引对应的随机数数组，得到该粒子对应的随机数R；再通过该随机数R与步骤3计算得到的该粒子发生电荷交换碰撞的几率P进行大小比较，若该粒子发生电荷交换碰撞的几率P大于其对应的随机数R，则将该粒子判断为发生电荷交换碰撞，否则将其判断为不发生电荷交换碰撞；

步骤5、对于步骤4判断为发生电荷交换碰撞的粒子，做碰撞处理，即利用该粒子对应的线程去更新粒子的速度，并将该粒子的粒子属性标记为2；对于判断为不发生电荷交换碰撞的粒子，做非碰撞处理；

更新所有粒子的位置信息，并根据位置信息判断该粒子是否达到边界，若到达边界则删除粒子信息，不参与到下次的电荷交换碰撞判断过程中；

步骤6、存储未到达边界粒子的速度、位置和粒子属性信息至GPU全局内存中，并统计粒子属性标记为1的粒子个数，更新当前时刻属性标记为1粒子个数N；

步骤7、重复步骤2至6，在每个时间步长都进行离子推进器中粒子的电荷交换碰撞判断，从step＝0迭代直至达到step＝TOTAL，TOTAL为设置的总模拟时间步数；

步骤8、在CPU主机端定义结构体数组，大小为GPU全局内存上存储的粒子信息容量，将步骤7计算后的结果从GPU传回CPU主机端内存中，进行数据处理和分析。