Необходимость моделирования

Моделирование состояния плазмы. Балансные кинетические уравнения.

Плазма - очень сложный объект исследования. Ее состояние определяется многими параметрами - ее составом, размерами, присутствием внешних полей, скоростей протекающих в ней процессов, граничных и начальных условий. К тому же все это быстро изменяется во времени. Измерить их все практически невозможно. Хотя чем больше измерений, тем надежнее результаты исследования. Большие современные установки оснащены десятками методик, и все равно измеренных данных для определения всех параметров не хватает. Поэтому в каждом эксперименте обязательно присутствует моделирование.

В модели отражается связь измеряемых величин с параметрами плазмы. Чаще всего используются полуэмпирические модели, в которых рассчитывается измеряемая величина, а в качестве подгоночного параметра выступают основные параметры плазмы - плотность, температура электронов или ионов, концентрации примесей и т.п.

Совпадение рассчитанных и измеренных величин служит критерием для выбора подгоночных параметров. Для повышения надежности определения параметров плазмы часто используется одновременное измерение тех же параметров различными диагностиками.

Например, на стеллараторе Л-2М одновременно используется 4 метода измерения электронной температуры: по спектру мягкого рентгеновского излучения ; по интенсивности электронного циклотронного излучения на резонансной частоте вращения электрона в магнитном поле . Н зависит от координат и это дает возможность измерять зависимость Т_е от координат; Спектроскопическая методика ; зондовая методика . Каждая из этих методик имеет свои ограничения по диапазону измерения Т_е и по положению в плазме. Области измерений частично перекрываются. Это дает возможность взаимопроверки. Все 4 методики в сумме обеспечивают измерение полного профиля Т_е от центра до края.

В проекте токамака ИТЭР заложено свыше 100 методик для одновременного измерения всех параметров плазмы во всем объеме с разрешением ~ 10 см по пространству и ~ 1 c, а иногда и мс по времени.

Определенные с помощью эмпирических моделей по результатам измерений отдельных диагностик параметры плазмы служат входными данными для полной самосогласованной модели плазмы. Это, как правило, очень сложная и долгая работа. Поэтому результаты измерений отдельных методик собираются в базы данных. Зафиксированные в этих базах данные используются затем в течение многих лет для проверки новых теорий и гипотез. При проектировании новых установок широко используются базы данных по удержанию плазмы в токамаках и стеллараторах.

Дата добавления: 2014-01-20