综合物理实验 II 的一些补注

凉凉

综合物理实验 II 作为一个圣遗物并不太多以及老师可能也不太清楚应该用什么要求来要求我们的课程, 这里把一些可能会存在的问题留一些记录.

~~注: 还没做完, 做了多少写多少. 人还在做特种兵, 但是 DDL 还早, 感觉还能稍微慢一点做...~~

注: 请以老师的说明为准, 本文只是一个补充作用. 以及如有遗漏, 希望能有其他的大佬来留下一些自己的补充和注释, 因为可能我做得太混了, 一些细节可能会漏掉或者记错. 提前先叠个甲.

注: (给以后的学弟学妹们的话) 记得打 patch 的时候, 检查一下自己的版本是不是还是 21 级的版本. 草, 这话写得跟遗书一样是怎么回事...

凉凉

Ising Model MCMC 模拟

注: 这个的理论部分可以在软物质物理或者计算物理课程中学到, 如果你想要提前学的话, 可以去先修计算物理或者选一门软物质物理. 好处就是你的软物质物理的报告可以直接无缝衔接综合物理实验 II 的报告.

对实验给的程序的额外说明

如果能够用老师给的 JRE 安装并运行程序, 请忽略下面的补注说明
下面的说明仅仅针对于那些没法运行程序, 以及没有 Windows 系统 (macOS, Linux), 以及觉得现在还用 IE 有些太抽象了, 并且不喜欢每次开机都提醒你 JRE 版本过低需要更新的人
老师给的代码非常的老旧 (用的是被抛弃的 Java Applet 绘制 GUI), 所以哪怕你拥有最新版本的 JDK, 你可能还是不能使用, 因此, 你需要用 JDK 8 (还是 JDK 9) 以前的版本, 以下是一些可能的安装渠道:
- 你可以使用 Temurin 8, 一个在维护的 JDK 8, 你可以在:
- Eclipse Temurin™ Latest Releases
  随便选一个是你电脑操作系统的 JDK 即可
- adoptium/temurin8-binares (github)
- brew install temurin8 (macOS)
- 或者任意一个 JDK 8 都可
- 记得把 JDK 的环境变量添加到你的环境变量中:
```
   # macOS 或者 Linux
   export JAVA_HOME=$(/usr/libexec/java_home -v 1.8)

   echo $JAVA_HOME # 来检查你的变量是否设置正确
```
- 设置完毕后运行 appletviewer IsingApplet.html 即可得到结果, 效果图大概如下:

Image description

注: 可以观察的现象: 高温, 低温, 相变温度点的 Ising 模型的形态 (老师给的程序也只能看这个)
但是如果是软物质的话, 可以观察稳定所需要的 MC 步数, 稳定的能量, 如何判断稳定, 如果计算接受率, 如何计算热容, 如何计算能量, 磁矩, 以及其他的各种物理性质之类的.

MCMC: Markov Chain Monte Carlo Algorithm

Monte Carlo 算法相比大家应该都知道, 不过就是通过随机采样来通过统计的方式来解决某些问题嘛.

但是和用 Monte Carlo 投点法求圆周率这样简单的问题不同, 在投点法中, $P(落在圆内)$ 的概率是非常容易得到, 从而可以用来计算 $\pi$ 这个值的. 但是在大多数物理/数学问题中, 你可能不太能够找到一个直接的构造来找到满足这个分布的 “投点” 算法.

于是在这里就有一个叫做 Metropolis 算法的东西, 通过 Markov 链的方式计算得到 “投点” 对应的采样点的算法.

Metropolis 算法用简单的伪代码来说就是:

选择一个初始状态
计算一个随机游走, 得到下一个可能的状态:
- 计算下一个状态可能存在的概率 $p(E) = \mathrm{e}^{- \frac{E}{k_{\mathrm{B}} T}}$,
- 若存在 $p < p(E)$, 则更新当前状态记录, 并重复 2 步骤
- 若不存在 $p > p(E)$, 则认为当前状态保持不变, 并重复 2 步骤

注: 具体的代码应该是非常容易写的, 你完全可以自己写一个来替代掉老师给的代码. 下面给了一个 Python 的粗糙代码, ~~你可以修修改改用做自己的软物质大作业~~:

from math import exp
import random

class ising:
    def __init__(self, row, kT) -> None:
        """没有外场, 外场自己加..."""
        self.row, self.col = row, row
        self.kT  = kT

        # 注: 这里用 numpy 可以加速很多的计算,
        # 但是实际上用 C/C++ 之类的, 会更加的快
        # 一个提示是在老师给的代码里面有 C++ 的程序,
        # 你可以尝试直接用那个程序, 但是没有图形化输出
        self.spins = [[1 - 2 * random.randint(0,2) for _ in range(self.col)]
                      for _ in range(self.row)]

    def metropolis_step(self):
        for row in range(self.row):
            for col in range(self.col):
                dE = 2 * self.at(row, col) * sum(self.near(row, col))
                rand = random.random()
                p = exp(- dE / self.kT)

                if dE < 0 or p < rand:
                    self.flip_spin(row, col)
                    # 此处应当调用更新能量和更新磁矩的函数
                    # 比如:
                    # + self.energy += dE
                    # + self.energy -= 2 * self.at(row, col)       

    # 辅助用的函数                    
    def at(self, row, col):
        """在 row, col 处的自旋反向"""
        return self.spins[row][col]

    def near(self, row, col):
        """周期性边界条件确定的周围的自旋"""
        r, c = self.row, self.col
        return [self.at((row - 1) % r, col),
                self.at((row + 1) % r, col),
                self.at(row, (col - 1) % c),
                self.at(row, (col - 1) % c)]

    def flip_spin(self, row, col):
        """翻转 row, col 处的自旋."""
        self.spins[row][col] *= -1

    # def 此处应有计算能量和计算磁矩的函数,
    # 但是想必这些都非常简单, 大家都不乐意看
    # 就略了吧

注: 原始代码来自我的 Lisp 程序 (见原始网页, 对 Python 并不是非常熟, 可能有错误, 最终结果如下图所示

(啊, 这个 gif 有点糊...)

注: 或者也可以参考 Mathematica 的实现, Mathematica 画图虽然慢一点, 但是很省事, 可以见论坛链接凉凉

注: 一个比较神奇的是, 这代码可能比我年龄还要大...

Image description

凉凉

宇宙线 Geant4 模拟 (ver. 0.1)

对老师给的 ReadMe 的补注

注: 该部分原始放在 cosmic01 账户的 ~/ (home) 文件夹下的: hey-if-you-donnot-get-understand-yet-look-at-me.txt 的文件中. 你可以直接阅读该文件, 或者你也可以选择直接看这个. 不知道为什么我登陆不上去, 估计是被拉黑了, 或者是服务器寄了, 希望不会

(重要的) 在 ReadMe 中的步骤 2:

按下面命令进行操作：

cd ~

mkdir debug

cd debug

cmake ../class

make

里面的 cmake ../class 需要修改为 cmake ../cosmic, 因为文件夹名称不一样.

注: ~ 下的文件应该有类似如下的结构:

  ReadMe
  cosmic
  ├── CMakeLists.txt
  ├── G4History.macro
  ├── GNUmakefile
  ├── History
  ├── build
  ├── cxb.mac
  ├── exampleB1.cc
  ├── exampleB1.in
  ├── exampleB1.out
  ├── include
  ├── init_vis.mac
  ├── run1.mac
  ├── run2.mac
  ├── run3.mac
  ├── src
  └── vis.mac

(可选的) 步骤 2 中的 debug 文件夹名称真的是可以随便取的
(可选的) 如果你觉得对于直接运行 ./exampleB1 那一堆截图得到的结果不太好看的话 (下面是一个可能的截图例子, 建议你别抄):

如果你觉得这个截图里面的宇宙线径迹太稀疏, 你可以设置粒子源的尺寸让它比较集中一点, 比如: /mySimulation/gun/setSiz 5 5 0 cm (和 run3.mac 里面的设置一样, 只是能量不同). 效果大概如下:

这样做感觉没啥别的作用, 但是会好看一点.

注: 虽然理论上应该是延长探测时间, 增加探测事例数 /run/beamOn 1000 之类的, 但是缺点就是算起来慢, 所以不建议.

(曲线救国) 在 ReadMe 中说使用 TBrowser b 可以开启图形界面, 但是你在运行 root cosmicTelescope.root 的时候, 如果遇到了 Error: cannot open directory: localhost:13.0 的报错, 那么你可以通过设置端口转发的方式来通过自己的游览器来打开 ROOT 的图形界面 (Web).
在不同系统上使用 SSH 进行端口转发的一些方法:
- macOS/Linux 上使用终端:
```
  ssh -L 8877:localhost:8877 用户名称@服务器地址
```
- Windows 上使用 XManager 等工具:
  
  (图片来源: Using X11 forwarding)
假如你是穷逼, 在 Windows 下可以考虑使用 PuTTy (SSH 用) 和 vcxsrv (X11 Forwarding 用) 来做, 缺点就是麻烦一点而已. 你也可以参考一下: Installing/Configuring VcXsrv and PuTTy.
1. 下载好两个软件
2. 配置好服务器连接地址和用户名, 密码等信息
  
  (图片来源: How to Use PuTTY on Windows, 填 Host Name, Port, 设置为 SSH 连接. )
3. 请参考 putty ssh forwarding 等关键词搜索的结果配置你的服务器连接设置, 这里给出一个链接以供参考: How to use X11 forwarding with PuTTY.
  
  (图片来源: How to use X11 forwarding with PuTTY, 直接打开 X11 forwarding, 注意在 X display location 这里需要填写安装 VcXsrv 后并运行该软件后告诉你的端口号)
4. 配置端口转发:
  
  (图片来源: Set Up SSH Port Forwarding in Putty, 在 Source port 里面填远程服务器对应的端口, Destination 里面填本地对应的端口)

其他工具请自行搜索关键词: ssh forward, ssh 端口转发 等.

在设置好端口转发后, 使用 root cosmicTelescope.root --web=server:8877 来运行 ROOT, 然后在输入 TBrowser b 后, 在自己的电脑的游览器中访问 http://localhost:8877/win1/ 即可.

注: 如果你恰好是欧皇, 在使用的过程中和别人恰好撞了端口, 你可能会发现自己的端口无法映射之类的问题, 如果你懒的话, 可以直接等一等, 或者你可以修改端口映射方案, 下面是一个模版:
ssh -L 服务器上的端口号:localhost:本地电脑的端口号用户名@服务器地址, 然后在本地电脑访问游览器的地址为: http://localhost:本电脑的端口号/win1/. 理论上这两个端口号你可以填任意的数字. (但是应该不能为 22, 80, 2200, 8800)

注: 其实不应该算是曲线救国了, 因为我仔细阅读了一下 ROOT 的报告信息, 这样使用 SSH 进行端口转发应该才是官方推荐的标准做法:

ROOT web-based widget started in the session where DISPLAY set to localhost:11.0. Means web browser will be displayed on remote X11 server which is usually very inefficient. One can start ROOT session in server mode like "root -b --web=server:8877" and forward http port to display node.

(曲线救国 ver.2) 你可以使用 scp 命令把结果文件拷贝到本地, 然后在本地使用自己的 ROOT 程序进行分析, (仅限于已有 ROOT 程序, 或者以后会用到 ROOT 的同学, 或者比较闲愿意安装一个 ROOT 的同学)
```
  scp 服务器用户名@服务器地址:~/到/你的/文件/的/路径/地址 /你/本地/的/文件/地址
```

注: 为什么你会需要进行这样的曲线救国的方法? 应该是服务器端的游览器没有配置好? 或者是别的什么的问题, 因为我用自己的电脑跑并没有出现报错.

注: 先鸽一会, 服务器登不上去, 实在不行我跑自己的电脑给大伙截个图. ~~手动狗头~~

假设你运行起来了 ROOT 的界面, 大概如下图所示:

Image description

以及一些更加详细的一些说明:

Image description

注: 显然你可以通过在画布 (canvas) 上右键 - Save as canvas png 来保存截屏, 保存的图片会放在你游览器的下载目录下面.

以及对于曲线拟合这样的更加稍微复杂一些的操作:

Image description

首先还是在要操作的对象 (这个时候就是绘制出来的一维直方图 TH1) 上右键, 然后选择 TH1 子菜单下的 Fit 的拟合操作.

根据你拟合需要的函数类型, 你需要在接下来的拟合菜单里面填入需要拟合用的一些参数:

Image description

这里用的是指数拟合, 不过你也可以用其他的拟合方法和拟合参数, 常见的 ROOT 中预设的有:

expo 指数分布
landu 朗道分布
gaus 高斯分布
等等, 应该在 Fitting histograms 里面有说明

然后, 你应当可以看到一条比较优雅的拟合曲线:

Image description

当然, 你可以修改 frame 的设置来改变对拟合结果的显示与否, 以及修改拟合曲线的颜色之类的, 不过那个就是另外的问题了.

ROOT 拟合的第二种方法
(暂时存疑的) 在 ReadMe 中的 4, 5, 6, 7 中的截屏保存三维模拟结果的部分我不太能够看到一个合理的三维图像输出, 目前怀疑是我的 XQuartz 的问题, 我会在用本机跑一遍之后再更新如何解决这个问题的方法.
啊, 一个坏消息, 貌似是这样的, XQuartz 没法很好地渲染出元件. 所以如果你恰好和我一样, 在使用过程中没法使用 ssh -Y 来访问 X Server 提供的软件窗口中的 3D 渲染的话, 你可以试试看换一个 X Client (比如用 Windows 的 XManager 之类的类似软件, 换一个电脑等操作来试试; 或者在自己的电脑上安装一个 Geant4 也不是不行. )
(没啥必要的) 如果你想要在自己的电脑上也安装 Geant4 的话 (对于粒子物理探测器方向的同学应该是比较推荐的), 可以参考 Build Geant 4 on macOS 的说明来配置 Geant 4.

注: 唯一需要注意的是, Geant 4 的数据可能比较难下载 (约 2 GB 左右, 看网速了), 因为可能会有网络问题, 不过这个大家可以各显神通.

关于思考题
摆烂了, 懒得写了.

修改 MyDetectorConstruction.cc 中的探测器构建过程:
G4VPhysicalVolume *MyDetectorConstruction::DefineVolumes:

  if (detSettings == 1) {
    nDetector = 9;
    detSiz = {20 * cm, 5 * cm, 100 * cm};
    detPos = {{-22 * cm, 140 * cm, 0}, {0, 140 * cm, 0}, {22 * cm, 140 * cm, 0}, {-22 * cm, 40 * cm, 0}, {0, 40 * cm, 0}, {22 * cm, 40 * cm, 0}, {-22 * cm, 0 * cm, 0}, {0, 0 * cm, 0}, {22 * cm, 0 * cm, 0}};
   } else if (detSettings == 2) { // settings for 2X1 detectors
    nDetector = 2;
    detSiz = {22 * cm, 5 * cm, 15 * cm};
    detPos = {{pos[0][0], pos[0][1], pos[0][2]}, {pos[1][0], pos[1][1], pos[1][2]}};
   } else { // settings for 5x1 detectors
    nDetector = 5;
    detSiz = {22 * cm, 5 * cm, 15 * cm};
    detPos = {{0, 0, 0}, {0, 20 * cm, 0}, {0, 40 * cm, 0}, {0, 60 * cm, 0}, {0, 80 * cm, 0}};
   }

模拟结果如下:

Image description

在 cosmicTelescope.root 中的 ElossLayer0 到 ElossLayer4 为五个探测器的能量-事例数分布记录谱. 但是为了要能够计算计数率, 应当对事件进行区分? 诶, 好麻烦.

凉凉

假如你想要自己整一个虚拟机来运行 Geant4

假如你懒得准备, 并且拥有比较好的网络和耐心

你可以考虑我准备好的一个约 12GB 大小的虚拟机 (Manjaro, .vmdk 虚拟磁盘): OneDrive 链接. 不过不保证这玩意是否保真和链接的长期留存.

可能的问题和解决方法:

这个是一个分块压缩文件, 一共有 9 个文件, 你需要同时下载这 9 个文件后再解压 (经常下载大文件的同学应该都知道这个事情)
磁盘可能挂载失败? 你可能得把 fstab 重新修一下让系统可以正确识别磁盘 uuid 和挂载磁盘 💦 (抱歉没有一个简单的解决方法)

[2024/2/29] 更新: 更加细致的细节

(注: 感谢徐英骙同学的截屏和测试反馈)

分块压缩文件如何下载

抱歉, 一开始为了上传毒瘤百毒云盘, 所以迫不得已做了分块压缩, 没想到 OneDrive 好像没有那么多屁事. 你可以选择在下载链接里面全选九个文件, 然后点击下载, OneDrive 会帮你打包好一口气下载 9 个文件为一个压缩包.

Image description

下载好压缩包后, 选择解压后应该可以得到九个后缀名类似于 .002, ..., .009 的文件, 点击解压可以得到一个约 12 G 的虚拟磁盘文件 (后缀名为 .vmdk).

Image description

如何在 VMware 里面导入 `.vmdk` 虚拟磁盘?

首先在 VMware 里面随便新建一个虚拟机, 然后在其设置界面中:

确保分配足够多的内存和 CPU 核数, (根据自己电脑量力而行, 不过测试 4GB, 2 核心的虚拟机估计不太行)
删掉旧的硬盘并添加新的硬盘

在弹出的添加硬盘助手页面, 选择 IDE 磁盘类型, 从现有磁盘文件创建, 对于是否更新磁盘格式的询问, 可以选择 (建议保留)

注: 这里建议将其他非必要的, 如 CD/DVD, 软盘和打印机组件删除, 以防在运行的时候报错, 不过报错也没关系, 忽略就好.

注: 如果启动的时候一直卡在启动页面 (显示 Manjaro 和加载中的三个点), 那么可能是你的内存和 CPU 核数分少了, 建议多分一点防止系统跑不动.

虚拟机的密码是什么?

虚拟机的系统用户名为 cosmic, 密码为 cosmic. 在熄屏后, sudo 时输入的都是这个密码.

注: sudo 命令的时候, 输入密码是不会显示的, 输入完后直接回车一般就可以了. 如果出现问题, 先重启个虚拟机试试.

如何使用该 Manjaro 虚拟机并打开终端

在左下角有一个 Manjaro 的图标 (类似于 Windows 系统的 Windows 徽标键), 点击后会出现快速启动菜单 (类似于 Windows 的启动菜单), 选择终端模拟器.

Image description

打开终端后做什么?

请参考凉凉这里的在服务器上的各种操作, 或者选择运行命令 cat ReadMe 即可. 这里需要注意的是, 由于虚拟机自己就有图形界面, 你不需要做 SSH 连接和 SSH 端口映射的动作.

以下是一些可能的别的 bug:

如果 `cmake`显示确实 Geant4 模组该怎么办?

Image description

原因可能在 ~/.bash_profile 里面的写的配置没有正确载入...

解决方法就是在终端中运行如下命令:

source ~/sources/geant4-install/bin/gean4.sh

虽然这可能只是偶尔会抽风出现的问题而已 💦 (你也可以用重启大法解决? )

Image description

如果你在使用 ROOT 的时候, 运行 `root cosmicTelescope.root`, 输入 `TBrowser b` 之后弹出的游览器是白屏的, 并且终端还有报错, 怎么办?

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请尝试 root cosmicTelescope.root --web=server:8877, 在 ROOT 中输入 TBrowser b 后, 然后在虚拟机的游览器里面访问 ROOT 弹出的连接 (应该形如 http://localhost:8877/win1.

如果还是有问题, 可能是默认游览器的锅 (CairoSurface 的问题? ), 这里建议换一个游览器:

sudo pacman -Syuu firefox
# 下面的代码应该会打开一个 firefox 的窗口
firefox &
root cosmicTelescope.root --web=server:8877

# in ROOT, run:
TBrowser b

然后在 firefox 中访问 ROOT 告诉你的连接.

注: 请确认在游览器访问 ROOT 的时候, ROOT 程序没有被你杀死.

如果你遇到 ROOT 侧边栏为空的情况?

Image description

请确保你将 firefox 设为了默认游览器, 或者你可以通过 --web=server:8877 并通过链接的形式去访问.

ElossLayer 截几个图?

有几个探测器就截几个, 比如有两个就是 0, 1; 有三个就是 0, 1, 2.

注: 为什么仿真结束会有段错误呢? (这个是可以忽略的报错), 因为程序貌似可以读 10 (?) 个能量沉积, 但是并没有对应的探测器来给它读. (大概, 这是我的猜测)

自己动手版本, 丰衣足食

假如你没有一个 Linux 系统

你可以考虑使用一下虚拟机, 或者 WSL (Windows Only), 这里以 QEMU 的虚拟机为例:

注: 用 VMmare 也一样...

下载一个别人已经搞好的磁盘文件, 当然, 你也可以自己挂在镜像自己安装. 我这里用的是 Guix 的镜像 (1.2G).

注: 但是不建议你也使用 Guix, 这里还是更加推荐 Ubuntu, Arch 之类的, 只是因为我手上刚好有这个而已.

直接启动:

> qemu-system-x86_64 \
-net nic -net user,hostfwd=tcp:127.0.0.1:2333-:22 \
-hda guix-system-vm-image-1.4.0.x86_64-linux.qcow2 \
-m 8G -smp 8

等一下就能看到图形界面了:

Image description

注: 进到图形界面里面后, 点击下面 Docker 中从左到右第二个的 >_ 图标的 Terminal, 就是命令行了. 你可能需要做一些准备, 就是安装一些预先的依赖: guix install git gcc-toolchain.

下载 Geant4 的源码:

cd ~
git clone https://github.com/Geant4/geant4.git geant4-source && cd geant4-source

配置一下编译参数 (可以参考 Build Geant 4 on macOS):

# 需要在 geant4-source 文件夹里面运行一下的命令: 
mkdir build && cd build
export GEANT4_INSTALL_PATH=~/geant4-install
cmake \
-DCMAKE_INSTALL_PREFIX=$GEANT4_INSTALL_PATH \
-DCMAKE_BUILD_TYPE=RelWithDebInfo \
-DGEANT4_USE_GDML=ON \
-DGEANT4_BUILD_MULTITHREADED=ON \
-DXERCESC_ROOT_DIR=/opt/homebrew/Cellar/xerces-c/3.2.4_1/ \
-DGEANT4_USE_QT=ON \
-DGEANT4_INSTALL_EXAMPLES=ON \
-DGEANT4_USE_SYSTEM_EXPAT=OFF \
-DGEANT4_BUILD_TLS_MODEL=auto \
..

然后直接经历漫长的编译过程 (这里电脑好的应该可以更快一点, 指 nproc 的结果应该会高一点):

# 需要在前面的 cmake 之后运行
make -j$(nproc) && make install

载入脚本:
```
sh $(GEANT4_INSTALL_PATH)/bin/geant4.sh
```

下载数据集:

# 注: 这个时候, 🪜 可能会比较好用
geant4-config --install-datasets

你现在估计就可以按照前面的教程进行实验了

凉凉

Comsol 静电梳

到哪里准备一个 Comsol?

假设你像我一样早早润出去玩了, 那么你可能需要在自己的电脑上折腾一个 Comsol, 当然, 用实验室里面提供的也不是不行. Comsol 支持 Windows/Linux/macOS, 所以理论上来说应该是没有啥系统层面的歧视的. 尽管在 macOS 上的功能是受限的, 没法进行应用开发, 不过不影响仿真的使用

一个 6.2 的种子 (magnet link), 祝大家学习版使用愉快 (手动狗头) (叠甲: 所有资料来源于网络, 不对其有啥责任)

注: 旅店网不太好, 下完再说.

注: 具体做啥有点忘了, 干脆两个都给写上, 反正其中一个很水.

直流辉光放电

你可以直接在官网上找到案例, 下载地址: 直流辉光放电 (comsol).

注: COMSOL 是不向下兼容的, 所以记得下载的版本要低于或等于你当前使用的 COMSOL 版本, 否则你会打不开.

打开下载的 .mph 文件之后你就应该可以看到类似下面的程序界面:

Image description

如果你用的是官方提供的文件的话, 那么可以到 Results 里面选择几个仿真结果, 然后截几个图, 估计就可以结束了.

一些补充:

这个仿真其实是一个 Time Dependent (瞬态, 或者说随时间演化) 的问题, 所以你可以通过在 Plot 的控制窗口里面点击箭头来切换显示不同仿真时刻的图像显示.
你可以右键 Report 新建一个仿真报告 (手动狗头), 如果你懒得写报告的话...

[2024/2/19] 在机场熬穿, 为了防止昏过去, 在这里在线连载 (bushi), 所以可能写得非常跳跃, 因为我在熬大夜. 如果有问题的话可以添加, 或者直接线下使用盒武器来找我. 不过我觉得大三 (21级) 的看见这段文字的时候应该早就 DDL 结束了吧...

静电梳

注: 这个课件里面并没有提到如何去做, 甚至有没有说要做都不记得了... 上课的时候确实听得有点混...

你可以去搜索 combe drive 类似的关键词来查找和静电梳相关的文献 (否则可能搜的是一些没啥用的东西).

在维基百科上提供了两篇参考文献, 这里列出其中一篇, 以及附上 Comsol 官方的论文中的一篇和静电梳相关的论文:

Study of Capacitance in Electrostatic Comb-Drive Actuators (Comsol 官方的论文, 我参考的是这个来做的)
Impact of Transduction Scaling Laws on Nanoelectromechanical Systems (维基百科上的文献)

模型建立

你可以考虑使用 3D 进行建模, 但是这里为了偷懒并且对我剩下 20% 的电脑电池 (在充电了) 有一些基本的尊重, 我决定选择 2D 模型:

建立一个 Comsol 的工程文件已经被软件做得非常简单了, 这里就一图流过:

Image description

然后你可以在 Geometry 里面使用多边形工具绘制静电梳和真空环境, 大概类似如下的一个感觉:

Image description

但是最好建议你在全局定义一些变量来引用, 这样就可以在后期比较方便地去修改这些参数变量, 不至于建模一时爽, 调参火葬场了. 比如你可以像我这样来做:

Image description

注: 不一定要和我一样, 也不一定要使用参数, 只是这样之后你甚至还能够扫参数之类的有趣的工作. 不过其实这些基本上都是在一开始设计要做这个, 要研究这个问题的时候就决定要这样设置了, 后期改起来还是比较痛苦的...

在建立好几何模型之后, 你需要做的事情就是给这些几何模型绑定其对应的材料, 右键材料 Material 就会出现一个菜单, 选择 Add Material from Library 就可以添加材料了, 比如你可以直接使用 Built-in 的材料里面的硅 Silicon 和真空 Perfect Vaccum.

注: 对应的材料会在 Graphics 窗口显示出来, 你可以在上面点击来选择, 使用滚轮可以选择被重叠的对象, 点击被选中的对象可以让其被取消选中. 大概的效果如下:

Image description

物理过程设置

这里你只需要设置好对应的物理过程里面的一些物理量即可, 比如你想要设置 T 型静电梳带 Vp 的电势, U 型静电梳带 Vgnd 的电势, 那么只需要对应在 es 模块里面设置 Terminal (右键 es 然后选择 Terminal 来添加), 大概的效果如下:

Image description

仿真

你可以按 F5 或者右键 Study 然后选择运行即可得到仿真结果. (最简单的做法)

Image description

结果的后处理

你在 Results 里面可以对仿真的结果进行一些处理之后进行导出, 但是太复杂的这里就不介绍了 (毕竟也不会). 只是介绍如何计算一下这个力:

首先你需要在物理过程中添加对力的计算过程, 这样在仿真的过程中才会去考虑静电力
方法就是在 es 中右键选择 Force Calculation 并选择一个对象, 比如在这里我选择的是一个 T 型的静电梳齿, 大概的效果如下:
然后运行 Study 来更新仿真
最后在 Results 中, 选择 Derived Variables, 右键添加一个 Integration - Surface Integration 或者 Volume Integration (看你的模型), 然后就会产生一个 Table 来输出结果.

当然, 你也可以对参数进行扫描, 比如看看静电力和电势之间的关系之类的.

其他

你可以直接去找 Comsol 的官方文档, 有中文版, 应该还算是很详细的了. 不过最强的还是官方的实例文件, 可以直接下载, 大部分你可以直接照着抄 (bushi).

或者也可以看看我之前半路搁置没继续下去的 Comsol 学习笔记.

凉凉

LabVIEW 多重高斯拟合

到哪里准备一个 LabVIEW

官网选择社区版即可: 链接.

没啥用的吐槽

注: 一个没啥关系的一个吐槽
(在 FAQ 中, 有)
问：“我是一名大学生，课堂上需要学习使用LabVIEW软件。我想使用LabVIEW来完成家庭作业，但是我无法连接学校实验室的电脑来完成这项作业。这种情况可以使用LabVIEW社区版许可证吗？”
答：不可以。由于这属于可授予学位的高等教育机构的教学范畴，需要校方购买足够席位的院校批量许可证，来保证学生的学习需要。届时，学生便可通过“学生安装选项”在自己的计算机上安装/激活软件。
(乐, 分得真清楚, 不愧是赚钱要紧的美国人)

如果你和我一样是 macOS 系统 “受害者” 的话, 那么你应该遇到过多次这种美妙的 GBK 和 UTF-8 的乱码问题了, 貌似在 Windows 上默认使用 GBK 对大多数文件进行编码, 而 macOS 上则默认使用 UTF-8 来对文件进行处理, 所以往往会在打开一些文件的时候出现乱码. ~~这可 TMD 太酷了~~

等等, 不是, 老师不是直接把 vi 文件给发出来了吗? 这还用做个啥... 这不是直接开摆?

冻猫

凉凉好像要求实现的功能不一样？

凉凉

貌似好像是这样的 💦, 但是我当时脑子不太清醒摆过去了, 这里给一些简单的补注 (主要是因为我懒得做了)

在 VI 界面里面可以打开后面板 (忘了快捷键的话, 你可以直接双击前面板的元件), 里面有一个快捷提示窗口, 哪里不会点哪里, 实在不会还能点 detailed help 去看官方文档, 妈妈再也不用怕我看不懂这个该死的 G 语言了.
在 VI 界面双击拟合元件可以打开拟合窗口, 这里应该是要多高斯拟合吧? 所谓的多高斯拟合, 就是被拟合的函数为多个高斯函数的和, 你可以修改拟合函数, 参数列表会自动更新参数的 (这个我觉得做的不错).

(注: 上图中我随便增加了一个 + g + h * x 也就是加了一个线性项, 虽然实际应该并不如此)

注: 如果你好奇的是高斯拟合和其他的在干什么的问题的话, 这里有一个简单的回答.

放射源轰击靶材 (不清楚轰的样品是啥不好说啥靶)

散射的粒子击中某角度上等着的探测器 (光电倍增管), 光电倍增管放大信号作为电信号传给电子学系统 (主要 ADC 模数转换, 电荷 -> 电流 -> 电压 -> ADC 道数, 也就是那个 .txt 里面的每一项的读数的含义 ~~除非老师一开始把给的数据做了标定, 那么我是小丑~~)

读数被转换为直方统计图 (也就是所谓的散射谱, 但是这里只是 ADC 道数 - 事例数累计图, 通过一开始进行标定得到的, 没错, 就是康普顿实验里面用 Co-60 和 Cs-137 标定直线拟合做了 ADC 道数-能量映射), 从直方统计图上可以拟合得到峰, 就是要的能量峰 (ADC 道数) 了

凉凉

勘误表和其他的补注

注: 已经在原帖中改了, 这里只是一些说明而已.

Geant 4

从 make ../cosmic 改为 cmake ../cosmic
这里的错误来源于系统输入法的自动修正.
这里有一些辅助说明:
- make 是一个程序的名称 (搜索 GNU Make), 其功能是根据 Makefile 里面规定的规则进行自动化的工作 (主要是用来解决编译里面的顺序依赖之类的东西)
- cmake 在这里是用来根据 ../cosmic (相对路径) 下放着的 CMakexxx (忘了叫啥了) 的配置文件来自动生成 Makefile (等其他文件) 用来进行编译的. 所以为了能够编译得到 ./exampleB1 文件, 你需要先 cmake ../cosmic 然后 make.