三維熱輻射CAD模塊
一、 VISRAD軟件介紹
VISRAD是一款三維熱輻射和CAD程序代碼，用于模擬光輻射通過一個完整系統(tǒng)表面的反射、發(fā)射和吸收。軟件采用用戶友好圖形界面(GUI)創(chuàng)建三維物體網(wǎng)格及顯示來自定向激光和熱輻射計算的結果。VISRAD包括定制特征，允許簡單設置和模擬主要研究實驗室的高能密度物理實驗。擁有VISRAD，您可以快速創(chuàng)建表面網(wǎng)格、模擬整個網(wǎng)格的輻射通量和溫度分布。VISRAD也包括預置激光束和診斷端口系統(tǒng)，可以方便創(chuàng)建、查看和模擬激光束實驗。
支持激光束和診斷端口系統(tǒng)
VISRAD當前預置了如下激光實施：
OMEGA 60束激光系統(tǒng)（Laboratory for Laser Energetics, University of Rochester）
NIF(National Ignition Facility) 192束激光系統(tǒng)（Lawrence Livermore National Laboratory）。對于NIF激光束，除了原來的(3?)激光束，VISRAD也可以計算來自未轉化的激光(1? and 2?)的激光功率沉積。
OMEGA靶腔
二、 VISRAD主要特點
支持設計和模擬在主要激光和脈沖功率實施上的實驗
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
支持便捷生成各種二維和三維物件的網(wǎng)格，以及預置圓柱形空腔、半腔（halfraums）、四面體空腔
支持面消除功能（例如：在圓柱體中鉆孔）
提供從診斷端口或任何用戶位置查看功能
提供易用的靶創(chuàng)建能力：在靶腔或任何其他靶部件坐標系中物件位置和方向
支持使用物件相關的材料性能用于：
輻射反射（albedos）
激光反射（glint）
X射線轉化效率
支持三維對話式圖形：
靶網(wǎng)格創(chuàng)建
激光束和/或靶部件能源
溫度和輻射通量分布
包括能源模擬：
激光束系統(tǒng)
靶部件自發(fā)射
觀看激光束與靶部件相互作用十分容易
包含精確算法用于構形因子（configuration factor）積分計算
View factor包括掩星效應 (i.e.,通過介入表面元間阻擋光線).
易用的激光束設置功能：
在靶腔或任何靶部件坐標系pointing和focusing
束簇功能可以方便地按組創(chuàng)建束參數(shù)
鼠標點擊即可顯示單個表面元的結果，包括：溫度、通量和入射光譜
與其他Prism軟件接口：
HELIOS提供時間和頻率相關入射輻射通量數(shù)據(jù)
PrismPLOT是一種圖表工具，用于生成線圖、彩色等高圖、三維表面圖.
SPECT3D提供時間和頻率相關入射輻射通量數(shù)據(jù)
棱鏡系列軟件之輻射流體力學模塊
一 軟件介紹
HELIOS是一款一維輻射-流體力學模塊，用于研究輻射等離子體流體力學演化，也可以用來研究激光束或外部輻射源加熱的平面、圓柱或球形等離子體演化。軟件易用是設計HELIOS時重點，以用戶友好圖形界面創(chuàng)建問題、監(jiān)控模擬過程、以及查看模擬結果。
HELIOS可以和棱鏡公司的其他實驗室等離子體分析模塊配合使用，包括：
HydroPLOT是一款繪圖工具，用于顯示來自于HELIOS的大量模擬結果；
VISRAD是一款三維view factor軟件，用于OMEGA和NIF激光裝置、以及Z pulsed-power和Z-Pinch裝置上設計實驗。VISRAD包括用于創(chuàng)建靶和定向激光CAD功能，以及計算貫穿整個三維靶系統(tǒng)輻射環(huán)境。對于網(wǎng)格中任意給定的表面元，HELIOS可以用VISRAD提供的隨時間和頻率變化的入射通量數(shù)據(jù)來模擬外部輻射源的影響。
SPECT3D是一款碰撞-輻射光譜分析和成像軟件包，通過HELIOS預測的時間相關等離子體結果，用SPECT3D進行后處理，產(chǎn)生可以和試驗測量相比的圖像和光譜。
二、HELIOS主要特點
HELIOS是一款易用的一維輻射-流體力學程序代碼，可以模擬如下領域流體力學：
激光等離子體
放電等離子體（Z-pinches）
輻射加熱等離子體
激波在材料中傳輸
HELIOS-CR是HELIOS的增強版本，包括采用一個內聯(lián)碰撞-輻射（inline collisional-radiative）（C-R）模型模擬非局部熱力學平衡（non-LTE*）等離子體力學。
三、HELIOS和HELIOS-CR主要特點
進行平面、圓柱和球形等離子體1-D模擬仿真
拉格朗日坐標系中能量和質量守恒方程（例如網(wǎng)格隨流體移動）
包括易用的圖形用戶界面（GUI）用于創(chuàng)建問題和監(jiān)控模擬過程。
包括圖形應用軟件HydroPLOT，用于模擬結果可視化。
以線圖、2-D彩色等高線圖和3D表面圖等方式查看結果
編輯和保存制圖設置
復制和粘貼圖表到MS Office應用程序中
用于一種溫度（T
電子傳導限流時，采用如下方法執(zhí)行等離子體熱傳導：
Spitzer傳導率
表格的SESAME格式傳導率（tabular conductivity）
用戶（常數(shù)）傳導率
Spitzer 和常數(shù)混合型傳導率
包括能量沉積模型用于：
激光沉積
磁流體動力學(MHD)效應（于圓柱形幾何體）
離子束
外部輻射源
采用下列任意一個模型進行多光子能量組輻射傳輸計算：
限流輻射擴散
Multi-angle short characteristics (于平面幾何形狀)
支持使用SESAME狀態(tài)方程、熱傳導和電阻率數(shù)據(jù)庫
支持使用Prism不透明度和狀態(tài)方程（PROPACEOS）數(shù)據(jù)庫
包括計算聚變產(chǎn)物產(chǎn)額和速率選項
在碰撞-輻射模擬**中，包括下列原子過程
碰撞電離、復合、激發(fā)和退激
光致電離和受激復合
光致激發(fā)和受激發(fā)射
自發(fā)衰減
輻射復合
雙電子復合、自動電離和電子俘獲
利用ATBASE原子數(shù)據(jù)庫支持：
光電離截面
振子強度
碰撞電離截面
碰撞激發(fā)截面
原子能級能量和躍遷能量
雙電子復合、自電離和電子俘獲率
與Prism的其他應用程序接口：
SPECT3D基于輻射-流體力學模擬結果產(chǎn)生光譜和圖像，并與實驗光譜和成像數(shù)據(jù)對比。
HydroPOLT是一款繪圖工具用于查看計算結果
VISRAD用于產(chǎn)生時間和頻率相關的外部輻射源的輸入文件
*LTE = local thermodynamic equilibrium
**HELIOS-CR application only.
四、應用實例
模擬實例一：Laser-heated foil
模擬實例二：Radiation-Heated Al Foil
模擬實例三：Radiation-Driven Shock in Al Plate
模擬實例四：Radiation-Driven Capsule Implosion
模擬實例五：Laser-Driven Capsule Implosion
模擬實例六：Radiation Burn Through SiO2 Foam
棱鏡系列軟件之成像和光譜分析模塊
一、軟件介紹
SPECT3D是一款多維碰撞-輻射光譜分析模塊，用于模擬實驗室和天體物理等離子體的原子和輻射特性。SPECT3D一般用來對輻射-流體力學或PIC模擬結果進行后處理。SPECT3D計算LTE和non-LTE等離子體光譜特性（發(fā)射和吸收）及電離特性。在開發(fā)SPECT3D時重點讓該軟件容易使用，用戶友好圖形界面創(chuàng)建問題、監(jiān)控模擬過程、以及查看模擬結果。SPECT3D模塊包含一套1-18號元素的原子數(shù)據(jù)庫，其他元素數(shù)據(jù)庫可選。
二、SPECT3D主要特征
計算下列幾何形狀等離子體光譜和電離分布：
1-D 笛卡爾 (x)
1-D 圓柱形 (r)
1-D 球形 (r)
2-D 笛卡爾 (x-y)
2-D 圓柱形 (r-z)
3-D 笛卡爾 (x-y-z)
計算探測器位置輻射通量、過濾圖像、單色圖像、時間選通圖像（time-gated images）、光譜和條紋光譜。
計算等離子體視線圖像、光譜和輻射特性：
用PlasmaGen創(chuàng)建用戶等離子體網(wǎng)格
在NETCDF或PDB/SILO格式中使用流體力學數(shù)據(jù)
一個“單元”均勻的溫度和密度
計算光子能量的ISO表面光學厚度
包括易用的圖形用戶界面用于創(chuàng)建問題。
包括用于形象化流體代碼數(shù)據(jù)的圖像工具
包括用于查看結果的Spect3D Visualizer圖像軟件包
包括在線文件，從軟件窗口直接訪問“幫助”頁面
計算LTE和non-LTE等離子體的原子能級布居和光譜
計算外部輻射場對布居和光譜的影響
包含非麥克斯韋電子分布的等離子體模擬
計算X射線湯姆遜散射信號
包含流體速度效應
計算等離子體/背光系統(tǒng)的吸收光譜和圖像
背光件可以是有限尺寸
支持背光照射一個球形晶體成像系統(tǒng)
支持基態(tài)或隨時間變化的原子速率方程求解
包括下列輻射-碰撞模擬的原子過程：
碰撞電離、復合、激發(fā)和退激
光致電離和受激復合
光致激發(fā)和受激發(fā)射
自發(fā)衰減
輻射復合
雙電子復合、自電離和電子俘獲
在譜線輪廓模擬中，包括多普勒、自然（例如自電離分布）、和斯塔克增寬（適合的稠密等離子體譜線形狀），用戶可以修改線寬參數(shù)。
利用ATBASE原子模塊支持：
原子能級結構
振子強度
光致電離截面
碰撞電離截面
碰撞激發(fā)截面
原子能級能量和躍遷能量
雙電子復合、自電離和電子俘獲率
有需要時合并NIST原子能級能量和振子強度
稠密等離子體效應：
能級位移
簡并度降低
輻射傳輸：
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顯示SPECT3D的模擬，可以通過下面給定的Visualizer來顯示結果列表。Spect3D Visualizer也提供一種與SPECT3D交互能力，允許用戶顯示獨立視線（例如：虛擬圖像平面像素）的詳細數(shù)據(jù)。有這個功能，Visualizer不僅提供用戶顯示SPECT3D光譜和成像結果的能力，也可以獲得更多影響等離子體光譜和圖像特性的物理觀點的能力。Spect3D Visualizer也包含卷積算法，允許用戶顯示包括儀器增寬效應影響結果，儀器增寬效應可以用于：光譜（頻率和時間）和圖像（空間和時間）。Spect3D Visualizer 在線文件可以輔助用戶顯示SPECT3D結果。
Spect3D Visualizer 顯示
光譜：
Spectral line plots for individual simulation times
條紋光譜 (color contours vs. time and frequency)
空間集成光譜（Space-integrated spectra）
1-D空間分辨光譜 (像平面沿豎直或水平方向)
Spectra due to individual lines-of-sight
圖像：
過濾圖片 (采用隨頻率變化響應函數(shù))
單色圖片
頻率集成圖形（Frequency-integrated images）
光學厚度contour plots
X-射線二極管電壓示蹤：
展開顯示獨立視線：
等離子體特性(T, r)
頻率下的具體強度
頻率下的光學厚度
電離度
電子密度
四、PLASMAGEN 格子生成工具
PLASMAGEN是一款網(wǎng)格生成工具，用于SPECT3D成像和光譜分析模塊一維和二維等離子體網(wǎng)格的創(chuàng)建。這款應用程序能夠生成被SPECT3D讀入的輸出文件。與SPECT3D聯(lián)合使用，PLASMAGEN允許用戶模擬溫度和密度分布的一維和二維等離子體的輻射特性。
PLASMAGEN主要特點
創(chuàng)建如下幾何形狀的等離子體網(wǎng)格：
1-D 笛卡爾 (x)
1-D 圓柱形 (r)
1-D 球形 (r)
2-D 笛卡爾 (x-y)
2-D 圓柱形 (r-z)
3-D 笛卡爾 (x-y-z)
采用解析表達式可以很方便地溫度和密度分布
采用幾何元素 (或物件)創(chuàng)建格子，例如：圓盤、長方形、殼、板
采用戶友好界面創(chuàng)建和顯示一維和二維等離子體網(wǎng)格及其溫度和密度分布
包括在線文件
采用通用（等離子體網(wǎng)格）坐標系統(tǒng)或獨立物件坐標系統(tǒng)創(chuàng)建溫度和密度
五、應用實例
二維R-Z圓柱幾何形狀等離子體網(wǎng)格生成射線圖像案例（RadJet）
摻氬膠囊內爆：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殼層吸收光譜: An example of K-shell absorption spectroscopy for a radiatively heated Al planar foil.
X射線散射：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
棱鏡系列軟件之光譜分析模塊（原子光譜）
一、軟件介紹
PrismSPECT光譜分析模塊是一款碰撞-輻射光譜分析軟件，專門用來模擬實驗室和天體物理等離子體的原子和輻射特性。對于用戶條件的一個網(wǎng)格等離子體，PrismSPECT可以計算局部和非局部熱動平衡等離子體光譜特性（發(fā)射和吸收）及電離特性。
在開發(fā)PrismSPECT該軟件時重點是容易使用：采用用戶友好圖形界面創(chuàng)建問題、監(jiān)控模擬過程、以及查看模擬結果。PrismSPECT模塊包含一套1-18號元素的原子數(shù)據(jù)庫，其他元素數(shù)據(jù)庫可選。
二、PrismSPECT主要特點：
計算溫度和密度均勻的（0寬度或有限尺寸的單個體元）等離子體光譜和電離分布
計算獨立部件的等離子體光譜-元素、電離級次、背光等
包括易用的圖形用戶界面（GUI），用于問題創(chuàng)建和結果查看。
包括在線文件，直接從小窗口訪問“Help”頁面
計算局部和非局部熱動平衡等離子體原子能級布居（atomic level populations）和光譜
計算外部輻射場對布居和光譜的影響
計算等離子體或背光系統(tǒng)中的吸收光譜
支持基態(tài)或時間相關原子速率方程求解
支持下列任意兩個獨立變量2維網(wǎng)格便捷計算：
溫度
密度
等離子體尺寸
成分
外部輻射場
非麥克斯韋電子分部參數(shù)
包含圖形軟件包，用于下列計算結果可視化：
頻率相關量與儀器增寬混合
- 發(fā)射光譜
- 透射光譜
- 不透明度
- 光學厚度
貢獻頻率相關量：
- 選定的元素
- 選定的電離級
- 躍遷類型——束縛-束縛和/或自由-束縛
電離度
原子能級布居
冷卻速率
非局部熱動平衡躍遷率計算
獨立束縛-束縛躍遷譜線強度和譜線比例
選定束縛的譜線強度積分和譜線強度積分比列
來源于一個高斯函數(shù)或Viogt函數(shù)的選定帶寬
可以拷貝圖表并粘貼到Microsoft Office應用程序(e.g., MS Word and PowerPoint) 和其他應用程序中，例如WordPad和NotePad. (Windows PC only)
獨立圖表可以存到文件中，隨后可以查看和編輯
包括模擬非麥克斯韋電子分布等離子體
包括模擬質子撞擊激發(fā)和電離
包括如下碰撞-輻射模擬原子過程：
碰撞電離、復合、激發(fā)和退激
光致電離和受激復合
光致激發(fā)和受激發(fā)射
自發(fā)衰減
輻射復合
雙電子復合、自動電離和電子俘獲
在譜線輪廓模擬中包括多普勒、自然（包括：自動電離的貢獻）和斯塔克增寬
允許用戶對斯塔克增寬設置值
允許用戶對選定躍遷能量和振子強度設置值.
利用ATBASE原子程序包支持：
光致電離截面
振子強度
碰撞電離截面
碰撞激發(fā)截面
原子能級能量和躍遷能量
雙電子復合、自電離和電子俘獲率
有需要時合并NIST原子能級能量和振子強度
與Prism其他應用程序的接口：
AtomicModeBuilder：一種用戶友好的用戶原子模型創(chuàng)建工具。
PrismPLOT：一種查看計算結果的圖形工具。.
三、PrismSPECT模擬案例
模擬實例一：Al K-shell spectrum
模擬實例二：Ar-doped DD, Steady-State,
模擬實例三：Al Time-Dependent, Non-Maxwellian.
PROPACEOS 不透明度和狀態(tài)方程
一、PROPACEOS軟件介紹
PROPACEOS (Prism OPACity and Equation Of State code)生產(chǎn)狀態(tài)方程（EOS）和多組不透明度數(shù)據(jù)，并為輻射-流體力學仿真軟件模塊利用。對于一個網(wǎng)格的等離子體條件（溫度和密度），PROPACEOS計算頻率相關不透明度，并內部能量和壓力，將結果寫入適合流體力學代碼的文件中。開發(fā)PROPACEOS重點是讓該軟件容易使用，采用用戶友好圖形界面創(chuàng)建問題、監(jiān)控模擬過程、以及顯示模擬結果。PROPACEOS模塊一般包含一套1-18號元素的原子數(shù)據(jù)庫，其他元素數(shù)據(jù)庫可選。
二、PROPACEOS主要特點
計算單一元素或多元素等離子體狀態(tài)方程和不透明度。
包含簡單易用圖形用戶界面（GUI）用于創(chuàng)建問題和查看結果。
包含在線文件，可直接訪問幫助頁面
計算狀態(tài)方程和不透明度數(shù)據(jù)
計算LTE等離子體/光學厚度non-LTE等離子體狀態(tài)方程和不透明度數(shù)據(jù)，
可以用現(xiàn)有工作窗口批量模式運行
支持簡單和的網(wǎng)格用于：溫度、密度、光子能量
獨立網(wǎng)格可以用來計算狀態(tài)方程和不透明度。
高密度效應通過附加的QEOS模型解決。
包括圖形軟件包用于模擬結果形象化：頻率相關不透明度、溫度和密度相關EOS和不透明度結果。
包含下列碰撞-輻射原子過程模擬：
碰撞電離、復合、激發(fā)和退激
光致電離和受激復合
光激發(fā)和受激發(fā)射
自發(fā)衰減
輻射復合
雙電子復合、自電離和電子俘獲
倍頻器（Multipliers）可以應用于上述過程的速率系數(shù)
在線輪廓度模擬中包括多普勒、自然（包括自電離貢獻）、斯塔克增寬
利用ATBASE原子代碼模塊支持：
光電離截面
振子強度
碰撞電離截面
碰撞激發(fā)截面
原子能級能量與躍遷能量
雙電子復合、自電離和電子俘獲率.
包含NIST原子能級和振子強度
可以用來查看先前計算的PROPACEOS數(shù)據(jù)文件或SESAME文件
