Математическое моделирование ионизации газа ЭЦР волной в ионном источнике тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.16, кандидат физико-математических наук Шмелев, Алексей Борисович

• Шмелев, Алексей Борисович
• кандидат физико-математических наук
• 2000

Заключение диссертации по теме «Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях (по отраслям наук)», Шмелев, Алексей Борисович

Заключение

В диссертации предложена двумерная усредненная по пространственной переменной кинетическая модель ионизации разреженного газа ЭЦР волной в плазменном источнике с продольным магнитным полем. Модель включает в себя кинетическое уравнение для функции распределения электронов и задачу для самосогласованного вычисления амбиполярного потенциала. В кинетическом уравнении учтены следующие эффекты: взаимодействие ЭЦР волны с плазмой в квазилинейном приближении, ионизация газа, кулоновские соударения, потеря энергии и угловое рассеяние электронов в результате неупругих соударений и угловое рассеяние электронов в результате упругих соударений.

Разработан численный алгоритм с использованием адаптивных сеток для решения кинетического уравнения в данной постановке, который обеспечивает высокую точность на грубых сетках. Алгоритм использует современную технологию разреженных матриц, позволяющую существенно сократить вычислительные затраты.

Разработан эффективный программный комплекс, прошедший всестороннее тестирование в широком диапазоне численных и физических параметров.

Проведены расчеты для реальной установки, результаты которых совпадают с экспериментальными данными. Исследованы характерные зависимости параметров разряда от внешних условий. Данные исследования позволяют количественно предсказывать поведение системы в зависимости от внешних параметров.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Шмелев, Алексей Борисович, 2000 год

1. J. A. Lehane, and Р. С. Thonemann. Proc. Phys. Soc. 85. 301 (1965).

2. R. W. Boswell. Plasma Phys. Controlled Fusion 26. 1147 (1984)

3. M. Light and F.F. Chen "Helicon wave excitation with helical antennas" Phys. Plasmas 2 (4), April 1995, 1084

4. H. Amemiya, H. Oyama and Y. Sakamoto "Experiment on the Anisotropy of Electron Temperature in ECR Plasma ". Journal of the Physical Society of Japan Vol. 56, No. 7, July, 1987, pp 2401-2412.

5. V.P.Gopinath and T.A.Grojohn "Three-dimensional electromagnetic PIC model of a compact ECR plasma source". IEEE Transactions on plasma science, vol.23, no. 4 August 1995 p. 602.

6. Y.Matsuda and J.J.Srewart "A relativistic multyregion bounce-averaged Fokker-Planck code for mirror plasmas". Journal of Computational Physics 66, 1986 pp. 197-217.

7. J.T. Scheuer and G.A. Emmert. "A fluid treatment of the plasma presheath for collisionless andcollisionalplasmas". Phys. Fluids В 2 (2), February 1990.

8. N.-H. Choi, W.-H. Koh, N.S. Yoon, H.-B. Park, and D.-I. Choi One-dimensional hybrid modelling an simulation of electron cyclotron resonance discharge ". IEEE Transactions on plasma science, vol.23, no. 4 August 1995 p. 617.

9. Cohen R.H, Bernstein IB., Doming J.J., Rowlands G., Nucl Fusion 20 (1980) 1421

10. Pastukhov, V.P. Nucl. Fusion 14 (1974) 3.

11. Тимофеев A.B. Циклотронные колебания равновесной плазмы. Вопросы теории плазмы, том 14 М. Энергоатомиздат 1985.

12. Гуревич А. В. Димант З.С. Кинетическая теория конвективного переноса быстрых частиц в токамаке. Вопросы теории плазмы, том 16 с.З М. Энергоатомиздат. 1987

13. Брагинский С. И. Явления переноса в плазме. Вопросы теории плазмы. Том 1. Стр 183. М. Госатомиздат 1963

14. Днестровский Ю.Н. Костомаров Д.П. Математическое моделирование плазмы. М. Наука . 1993

15. Днестровский Ю.Н. Смирнов А.П. Шишкин А.Г. Двумерная усредненная по магнитной поверхности кинетическая модель ЭЦР генерации тока в плазме. Физика плазмы, том 16 1990.

16. Тихонов А.Н. Самарский А.А. Уравнения математической физики. М. Наука 1984.

17. Ахиезер А.И. и др. Электродинамика плазмы. М. Наука 1974

18. Александров А. Ф. и др. Основы электродинамики плазмы. М. Наука 1978

19. Kasheev А. V, Suetin V.N. Numerical solution of the electron distribution function for ECR heating in magnetic mirror. IEEE Transactions on plasma science, vol. 23, no. 4 August 1995 p. 591

20. A. V. Gurevich, Yu.N. Dnestrovsky, Ya.N.Istomin, D.P. Kostomarov, A.P. Smirnov. The kinetic theory of the gas discharge in electric field. XVI International conference on Phenomena in Ionized Gases. V-l 1983.

21. Баранов В.Ю., Борисов B.M., Высекайло Ф.Л. и др. Препринт КИАЭ #108 Москва 1979.

22. Физические величины. Справочник. М. Энергоатомиздат. 1991.

23. Чен Ф. Введение в физику плазмы. М. Мир. 1987.

24. Emmertetal. 1980 Phys. Fluids, Vol.23, No. 4, pp 803-812.

25. Самарский А. А. Теория разностных схем. M. Наука 1983.

26. A.P. Smirnov, А. В. Shmelev Numerical aspects of bounce averaged Fokker-Planck model for ECR plasma source. J. Nova Media 19991. Список публикаций

27. A.P. Smirnov, N.V. Suetin and A.B. Shmelev Two-dimensional bounce-averaged Fokker-Planck modelling of an electron cyclotron resonance plasma source. J. Plasma Physics (1998) vol. 59, part 2.

28. A.P. Smirnov, A.B. Shmelev Numerical aspects of bounce averaged Fokker-Planck model for ECR plasma source. Journal of Magnetohydrodynamics and Plasma Research, (1999) vl 5 pp215-222.

29. Shmelev A.B. Mathematical Modeling of Rarefied Gas Ionization in ECR Plasma Source. Proc.of the Workshop of MSU Students Projects on SSM Program Moscow 1995, pp 34-49

30. Shmelev A.B. Mathematical Modeling of Rarefied Gas Ionization Proc.of the Workshop of MSU Students Projects on SSM Program Moscow 1996, pp 2740