Математичні моделі та методи обчислення процесів збудження та стійкості інтенсивних хвиль в приладах плазмової електроніки
Вантажиться...
Дата
2019
Автори
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
Харків: ХНУ імені В.Н. Каразіна
Анотація
Oleksii V. Pryimak. The mathematical models and methods of computation of excitation and stability of the intense waves in plasma electronics devices. – Qualifying scientific work on the rights of manuscript.
Candidate’s thesis by specialty 01.05.02 – mathematical modeling and computational methods, V. N. Karazin Kharkiv National University, Kharkiv, 2019.
The research focuses on development of mathematical models and computational methods of excitation processes and modulation instabilities of the intense wave field in plasma electronics devices. Unlike vacuum systems, the use of plasma electronics devices makes it possible to change the frequency of radiation in a wide range, to create more compact devices, to accelerate beams to high energies at small distances, to transport bunches of high density and high current. However, the creation of plasma electronics devices is associated with significant problems, for example, with the difficulty of choosing an operating mode and determining the efficiency of oscillation output in a multimode mode, ensuring stability of oscillation radiation, with the presence of noise, etc.
On the basis of the simulation results, the initial conditions of mathematical models were determined for enough accuracy of the numerical experiments of work points search for beam-plasma generators and the determination of the conditions for the ions heating. Such conditions not given in the literature are sufficient for the accurate description of the plasma by the hybrid method in the one-dimensional case.
Опис
Дисертація присвячена розробці та розвитку математичних моделей і обчислювальних методів процесів збудження та стійкості інтенсивних хвиль в приладах плазмової електроніки. Визначені початкові умови математичних моделей для підвищення точності експериментів з вибору параметрів пучково-плазмових генераторів та з визначення умов нагріву іонів. Показана коректність, існування і єдність розв'язку математичних моделей, стійкість систем рівнянь до зміни вхідних даних, збіжність послідовності рішень до точного рішення. Вдосконалено обчислювальний метод оцінки температури іонів в установках плазмової електроніки і пучкового нагрівання плазми для визначення характеру нагріву іонів та енергії швидких іонів. На основі результатів моделювання для цілей підвищення технічних характеристик пучково-плазмових генераторів в багатомодовому режимі визначено параметри ефективної генерації коливань. Вперше побудовані алгоритмічні моделі процесів збудження та стійкості інтенсивних хвиль із застосуванням технології CUDA для прискорення обчислювального процесу. Вперше розроблена системна модель з використанням імітації впливу електронного пучка і плазмових коливань один на одного, спираючись на закони збереження енергії, яка дозволила об'єднати модель модуляційної нестійкості для холодної плазми і модель взаємодії електронного пучка з плазмовими коливаннями.
Ключові слова
математичне моделювання, прилади плазмової електроніки, гібридні моделі модуляційної нестійкості, модель пучкової нестійкості, паралельні обчислення, mathematical modeling, plasma electronics devices, hybrid models of modulation instability, model of beam-plasma instability, parallel computing