[发明专利]一种基于光线追迹仿真模型的氢同位素固体光场重构方法

说明书

本发明公开了一种基于光线追迹仿真模型的氢同位素固体光场重构方法，包括：(1)利用建模软件建立样品室仿真模型，然后导入光线追迹软件，对材料特性、光源特性进行设定，进行光线追迹；(2)将微球样品的氢同位素冰层按照高度角进行区域划分；(3)在光线追迹软件得到微球样品的冰层的入射光线表格，按照氢同位素固体光场重构算法，计算出微球样品的冰层各个子区域的体加热率分布。利用本发明，可以实现高效且高精度的微球样品中氢同位素固体冰层的体加热率分布计算。

技术领域

本发明属于仿真计算样品室中激光与低温氢同位素固体相互作用中的激光能量吸收情况技术领域，尤其是涉及一种基于光线追迹仿真模型的氢同位素固体光场重构方法。

背景技术

氢同位素(氘、氚等)广泛应用于工业、材料、检测、能源等领域中。首先，氢同位素是一种安全、清洁又资源丰富的新型能源。氢同位素具有以下优势：

a)存储量丰富。根据统计，海水中的氘含量约为0.03g/L，因此仅在海洋中就有45万亿吨的氘。

b)释放的能量大。若将1L海水中的氘提取出来发生聚变反应，大约可提供燃烧300L汽油所能够释放的能量。

c)不会造成严重的环境污染。可以广泛应用于航天器、氢/氧燃料电池和氢的聚变反应等领域。

其次，氘在医疗、农业等领域也得到了广泛应用，如大部分氘代药物能够增强药物疗效、耐受性，减少药物的副作用等。

为了研究低温系统下，样品室中激光与低温氢同位素微球固体相互作用中的激光能量吸收情况，需要得到微球样品各个部分吸收的能量。可以通过将微球样品分成若干的小块，导入光线追迹软件直接仿真得到。

若是按照满足要求的角度间隔分别进行高度角和方位角划分，则需要将冰层划分成几千小块，这会在仿真建模上带来很大的困难且耗费大量时间。从仿真效率的角度来看，这种方法十分不可取。

因此，需要采用不分割微球样品的方式进行仿真，并且通过一定的手段获得微球样品各个部分吸收的能量，在降低随机噪声对结果影响的同时提高仿真效率。

发明内容

本发明提供了一种基于光线追迹仿真模型的氢同位素固体光场重构方法，可以高效且高精度的计算微球样品冰层的体加热率分布。

一种基于光线追迹仿真模型的氢同位素固体光场重构方法，包括以下步骤：

(1)将仿真模型导入光线追迹软件，设置样品参数、材料特性和光源特性，在光线追迹软件中对光线进入系统后的分布情况进行非序列光线追迹，获得实际光学系统中的光线传播路径；

(2)将微球样品内部的氢同位素固体冰层依次按照高度角、方位角进行划分；

(3)利用光线追迹软件仿真得到微球样品内部氢同位素固体冰层的入射光线表格，导出仿真设定的每条光线的能量以及传播路径，根据这些数据按照几何光学的折射、反射定律、比尔朗伯定律，计算出微球样品的冰层各个子区域吸收的红外光能量。

步骤(1)中，仿真模型可以是但不限于基于环形光照明的样品室模型。

采用基于环形光照明的样品室模型时，将微球样品放置在样品室的中心位置，光源发出的平行光经过45°锥面镜反射后进入环形镜，由环形镜再次反射产生环形光，环形光打在样品室的内壁，经样品室粗糙内壁散射后照射样品室中心的微球样品。

步骤(2)中，考虑到样品室和加热光线的旋转对称结构，得到的体加热率分布将会关于方位角对称。因此，在仿真时仅需要考虑二维体加热率分布，即只需要按照高度角进行区域划分即可。具体过程为：

在角度方向，按照角度间隔进行高度角划分，在径向方向，冰层按照R/m间隔进行分层，一共分为m层；其中，R为冰层半径，m为正整数；