플라즈마 모델링

플라즈마 모델링은 플라즈마의 상태를 설명하는 움직임 방정식을 해결하는 것을 말한다.일반적으로 전자기장에 대한 맥스웰 방정식이나 정전기장에 대한 포아송 방정식과 결합된다.플라즈마 모델에는 여러 가지 주요 유형이 있다: 단일 입자, 운동체, 유동체, 혼합 운동체/유체, 자이로키네틱 및 많은 입자의 시스템이다.

단일 입자 설명

단일 입자 모델은 플라즈마를 (자기 일관성이 없는) 부과된 전기장과 자기장으로 이동하는 개별 전자와 이온으로 설명한다.따라서 각 입자의 운동은 로렌츠 힘 법칙에 의해 설명된다.실제적인 관심의 많은 경우에서 이 운동은 안내 중심이라고 불리는 지점 주변의 비교적 빠른 원형 운동과 이 지점의 비교적 느린 표류로 중첩된 것으로 취급할 수 있다.

운동 설명

운동 모델은 혈장을 설명하는 가장 기본적인 방법이며, 결과적으로 분포 함수를 생성한다.

${\displaystyle f({\vec {x},{\vec {v},t)}$

여기서 독립 변수 $x{\displaystyle \stackrel{}{}}$→ ${\$ 및 $v$ →${\$은$($는) 각각 위치와 속도다.운동적 설명은 볼츠만 방정식을 풀거나 장거리 쿨롬 상호작용에 대한 정확한 설명이 필요할 때 자기 일치 집단 전자기장을 포함하는 블라소프 방정식 또는 관리 가능한 충돌 용어를 도출하기 위해 근사치를 사용한 포커-플랑크 방정식에 의해 달성된다.분배 기능에 의해 생성된 전하와 전류는 맥스웰 방정식을 통해 전자파장을 자체적으로 결정한다.

유동 설명

운동 설명의 복잡성을 줄이기 위해, 유체 모델은 거시적인 수량(밀도, 평균 속도, 평균 에너지와 같은 분포의 빠른 모멘트)을 바탕으로 플라즈마를 설명한다.유체 방정식이라 불리는 거시적 양의 방정식은 볼츠만 방정식이나 블라소프 방정식의 속도 모멘트를 취함으로써 얻어진다.유동 방정식은 이동성, 확산 계수, 평균 충돌 빈도 등과 같은 전달 계수의 결정 없이는 닫히지 않는다.전송 계수를 결정하기 위해서는 속도 분포 함수를 가정해야 한다.그러나 이러한 가정은 일부 물리학을 포착하지 못하는 결과를 초래할 수 있다.

하이브리드 키네틱/유체

비록 운동 모델이 물리학을 정확하게 설명하지만, 그것은 유동 모델보다 더 복잡하다(그리고 수치 시뮬레이션의 경우, 더 계산적으로 집약적이다).하이브리드 모델은 유체와 운동 모델의 조합으로, 시스템의 일부 구성요소를 유체로 처리하고, 다른 요소들은 운동적으로 처리한다.

자이로키네틱 설명

강한 배경 자기장을 가진 시스템에 적합한 자이로키네틱 모델에서, 운동 방정식은 자이로라디우스의 빠른 원형 운동에서 평균된다.이 모델은 토카막 플라스마 불안정성 시뮬레이션(예: GYRO 및 자이로키네틱 전자자기 코드)에 광범위하게 사용되었으며, 최근에는 천체물리학적 용도에 사용되었다.

양자역학법

양자 방법은 아직 플라즈마 모델링에서 그리 흔하지 않다.그들은 다른 방법들이 적용되지 않는 상황처럼 독특한 모델링 문제를 해결하기 위해 사용될 수 있다.^[1]그들은 플라즈마에 양자장 이론을 적용하는 것을 포함한다.이 경우 입자에 의해 만들어진 전기장과 자기장은 하나의 장처럼 모델링된다; 힘의 거미줄이다.이동하거나 개체군에서 제거되는 입자들은 이 힘의 거미줄인 이 장을 밀고 당긴다.이것에 대한 수학적 치료는 라그랑의 수학을 포함한다.

상용 플라즈마 물리 모델링 코드

• 콴테몰-VT
• 비즈글로우
• 비즈스파크
• CFD-ACE+
• 컴솔
• LSP
• 마술
• 불가사리
• 유심
• VSIM
• 스타-CM+

참고 항목

• 플라스마 물리학 논문 목록

참조

• Francis F. Chen (2006). Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion (2nd ed.). Springer. ISBN 978-0-306-41332-2.
• Nicholas Krall & Alvin Trivelpiece (1986). Principles of Plasma Physics. San Francisco Press. ISBN 978-0-911302-58-5.
• Ledvina, S. A.; Y.-J. Ma; E. Kallio (2008). "Modeling and Simulating Flowing Plasmas and Related Phenomena". Space Science Reviews. 139 (1–4): 143. Bibcode:2008SSRv..139..143L. doi:10.1007/s11214-008-9384-6. S2CID 121999061.