Upload
destabilizator
View
733
Download
1
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Citation preview
Kódy pro atomovou fyziku plazmatu
Miloslav Pekař, ČVUT FJFI 2010
Simulační atomové kódy Využívají výsledků atomových
strukturních kódů a rozptylových teorií a společně se statistickou fyzikou a fyzikou plazmatu popisují procesy v atomech plazmatu
Cílem je určit ionizaci a populaci energetických hladin atomů v plazmatu a pomoci při spektrální analýze
Dosažení cíle Vyřešení rychlostních rovnic pro každou hladinu
energie pro každý iont atomu včetně jeho ovlivnění okolním plazmatem
Vyžaduje kompletní set dat (detailní stavy en. hladin, rates atomových procesů ovlivňující distribuci populace na hladinách, …) – výpočetně velmi náročné
Kinetické modely jsou většinou postaveny na velmi malém počtu hladin, tak přesně jak je to možné, aby byly spektroskopické pozorovatelné dobře definovány
Modely plazmatu Znalost populace energetických hladin
atomů v plazmatu je klíčem k výpočtu parametrů plazmatu, např. vnitřní energie, partiční funkce, nebo stavové rovnice
Velmi důležité při analýze pozorovaného spektra a diagnostice plazmatu
Úzce svázáno s termodynamickými parametry jako teplota a hustota plazmatu
TE model 1 TE = Thermodynamic Equilibrium Všechny atomové procesy jsou
vybalancované odpovídajícími inverzními procesy
Za dané teploty T je distribuce populace určena Boltzmannovou statistikou a Sahovým ionizačním rozdělením
TE model 2 Hustota populace hladiny i v atomech s
ionizací z je dána Boltzmannovým rozdělením
Relativní počet atomů se dvěma po sobě jdoucími ionizačními stavy určuje Sahova rovnice
Radiační pole v TE plazmatu je izotropní a homogenní, intenzita dána Planckovou funkcí
LTE model LTE = Local Thermodynamic Equilibrium Radiační procesy nejsou vybalancované K popisu distribuce populace opět Boltzmannova a
Sahova rovnice Radiační pole ale není Planckovou funkcí, protože
nezávisí jen na lokálních podmínkách, ale i distribuci populace a pravděpodobnosti atomových přechodů
LTE stav nastává v plazmatu relativně vysoké hustoty a nízké teploty, kde srážkové procesy hrají mnohem důležitější roli než radiační, které neovlivňují distribuci populace
Coronal model Pokud je hustota elektronů nízká –
srážková deexcitace a tříčásticová rekombinace jsou zanedbatelné
Srážková ionizace a excitace jsou vyváženy radiační rekombinací nebo spontánním rozpadem
Předpokládáme maxwellovské rozdělení rychlostí elektronů
CR model (non-LTE) CR = Collisional – Radiative Distribuce populace v určitém bodě
nezávisí pouze na parametrech plazmatu v tomto bodě
Lokální distribuce populace je určena vyvážením srážkových a radiačních procesů
Nejobecnější model, široké využití Vyžaduje kvalitní atomová data
Formulace CR modelu Znalost populace hladin v atomu je
důležitá při spektrální analýze CR model je aplikován tam, kde je
populace hladin atomů v plazmatu určena srážkovými a radiačními procesy
Pro rychlostní rovnice populace hladin atomu potřebujeme znát radiační pole, které získáme z rovnice radiačního transportu
Rychlostní rovnice Časově závislá populace hladin atomů v
plazmatu je určena vícehladinovými srážkově – radiačními rovnicemi
Rychlostní rovnice pro atomovou hladinu i
je počet hladin zahrnutých ve výpočtu
Rychlostní rovnice 2 Přechody na vyšší hladinu (i < j)
Přechody na nižší hladinu (i > j)
- spontánní emise - radiační rekombinace
- stimulovaná absorpce / emise - fotoionizace a stimulovaná rekombinace
- srážková excitace - srážková ionizace
- srážková deexcitace - srážková rekombinace
- svazkové a netepelné elektronové srážky
- elektronový záchyt
- autoionizace
Radiační transport Intenzita záření je definovaná jako
energie , která je nesená zářením o frekvenci elementem povrchu pod úhlem v časovém intervalu
Rovnice radiačního transportu, je emisní koeficient nebo emisivita, je absorpční koeficient nebo opacita
Kódy Pořádají se NTLE Kinetics workshopy (
nlte.nist.gov/NLTE6/), s cílem nejen testování a porovnávání výkonu a přesnosti jednotlivých simulačních kódů, ale i ověřování výsledků simulace proti experimentům
Zaměřeno na různé prvky, v poslední době hlavně wolfram (tungsten), neboť to je materiál v blízkosti plazmatu v systému ITER a dalších zařízeních pro magnetickou fúzi a tudíž je jeho kinetika při vysokých teplotách středem pozornosti
NTLE-5 Workshop Santa Fe, New Mexico, November 2007 Modelován uhlík, argon, krypton,
wolfram, zlato a časově závislý případ uhlíku
FLYCHK http://www.nlte.nist.gov/FLY/ Vytvořen na filozofii „jednoduchý, ale rozumně
přesný“ Z atomové struktury počítá distribuci populace Obsahuje sety dat pro všechny ionizační stavy
atomů až do Statické i časově závislé případy Výstupem je soubor obsahující populaci všech
stavů jako funkci teploty a hustoty (nebo času), možný vstup pro generaci spektra kódem FLYSPEC
PrismSPECT http://www.prism-cs.com/Software/PrismSpect/PrismSPECT.htm
Kód využívající CR model Simulace atomových a radiačních vlastností
plazmatu Obsahuje GUI, set atomových dat až do Součástí je i vizualizační nástroj
LANL kódy http://aphysics2.lanl.gov/cgi-bin/ION/runlanl08d.pl LALN disponuje výkonnou výpočetní technikou, možné
dělat i náročné simulace, např. atom Au (2000) 100 000 možných konfigurací atomu, doba běhu ~100
hodin
Atomové databáze NIST Atomic Spectra Database
www.nist.gov/physlab/data/asd.cfm NIFS Atomic & Molecular Database
https://dbshino.nifs.ac.jp/ GENIE – General Internet Search Engine
for Atomic Data www-amdis.iaea.org/GENIE/ Vyhledává ve více databázích najednou
+++ Děkuji za pozornost +++
PDF verze (Adobe Acrobat Pro 9.0)cid-6d4417057e614e69.skydrive.live.com/self.aspx/.Public/atomic^_codes.pdfPowerpoint verze (MS PowerPoint 2010)cid-6d4417057e614e69.skydrive.live.com/self.aspx/.Public/atomic^_codes.pptx