प्लाज्मा मॉडलिंग

प्लाज़्मा मॉडलिंग का तात्पर्य गति के समीकरणों को हल करने से है जो प्लाज़्मा की स्थिति का वर्णन करता हैI यह साधारणतया विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों के लिए मैक्सवेल के समीकरणों या इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्रों के लिए पॉइसन के समीकरण से जुड़ा होता है। प्लाज्मा मॉडल के कई मुख्य प्रकार हैं: एकल कण, गतिज, द्रव, हाइब्रिड गतिज/द्रव, गायरोकाइनेटिक और कई कणों की प्रणाली के रूप में है।

एकल कण विवरण

एकल कण मॉडल प्लाज्मा को अलग-अलग इलेक्ट्रॉनों और आयनों के रूप में वर्णित करता है जो लगाए गए (स्व-स्थिरता के बजाय) विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों में चलते हैं। इस प्रकार प्रत्येक कण की गति को लोरेंत्ज़ बल नियम द्वारा वर्णित किया गया है।

गतिज विवरण

काइनेटिक मॉडल एक प्लाज्मा का वर्णन करने का सबसे मौलिक तरीका है, परिणामस्वरूप एक वितरण फ़ंक्शन (भौतिकी) का उत्पादन करना

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

जहां स्वतंत्र चर ${\vec {x}}$ और ${\vec {v}}$ क्रमशः स्थिति (वेक्टर) और वेग हैं। बोल्ट्जमैन समीकरण को हल करके एक काइनेटिक विवरण प्राप्त किया जाता है, या, जब लंबी दूरी की कूलम्ब के नियम का सही विवरण आवश्यक होता है, व्लासोव समीकरण द्वारा, जिसमें स्व-सुसंगत सामूहिक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र होता है, या फोकर-प्लैंक समीकरण द्वारा होता है, जिसमें सन्निकटन होता है, जिसमें अनुमान होता है कि सन्निकटन होता है।प्रबंधनीय टकराव की शर्तों को प्राप्त करने के लिए उपयोग किया जाता है।वितरण कार्यों द्वारा उत्पादित शुल्क और धाराएं स्व-संगत रूप से मैक्सवेल के समीकरणों के माध्यम से विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों को निर्धारित करती हैं।

द्रव विवरण

गतिज विवरण में जटिलताओं को कम करने के लिए, द्रव मॉडल मैक्रोस्कोपिक मात्रा (वितरण के वेग क्षणों जैसे घनत्व, मतलब वेग और माध्य ऊर्जा) के आधार पर प्लाज्मा का वर्णन करता है।मैक्रोस्कोपिक मात्रा के लिए समीकरण, जिसे द्रव समीकरण कहा जाता है, को बोल्ट्जमैन समीकरण या VLASOV समीकरण के वेग क्षणों को ले जाकर प्राप्त किया जाता है।द्रव समीकरणों को परिवहन गुणांक जैसे कि गतिशीलता, प्रसार गुणांक , औसत टकराव आवृत्तियों, और इसी तरह के निर्धारण के बिना बंद नहीं किया जाता है।परिवहन गुणांक निर्धारित करने के लिए, वेग वितरण फ़ंक्शन को ग्रहण/चुना जाना चाहिए।लेकिन इस धारणा से कुछ भौतिकी पर कब्जा करने में विफलता हो सकती है।

हाइब्रिड गतिज/द्रव विवरण

यद्यपि काइनेटिक मॉडल भौतिकी का सही वर्णन करता है, यह द्रव मॉडल की तुलना में अधिक जटिल है (और संख्यात्मक सिमुलेशन के मामले में, अधिक कम्प्यूटेशनल रूप से गहन)।हाइब्रिड मॉडल द्रव और गतिज मॉडल का एक संयोजन है, जो सिस्टम के कुछ घटकों को एक तरल पदार्थ के रूप में इलाज करता है, और अन्य काइनेटिक रूप से।

gyrokinetic विवरण

Gyrokinetics में, जो एक मजबूत पृष्ठभूमि चुंबकीय क्षेत्र के साथ प्रणालियों के लिए उपयुक्त है, काइनेटिक समीकरणों को Gyroradius के तेजी से परिपत्र गति पर औसत किया जाता है।इस मॉडल का उपयोग टोकामक प्लाज्मा अस्थिरताओं (उदाहरण के लिए, जायरो और गेरोकाइनेटिक विद्युत चुम्बकीय कोड) के सिमुलेशन के लिए बड़े पैमाने पर किया गया है, और हाल ही में एस्ट्रोफिजिकल अनुप्रयोगों में।

क्वांटम यांत्रिक तरीके

प्लाज्मा मॉडलिंग में क्वांटम के तरीके अभी तक बहुत आम नहीं हैं।उनका उपयोग अद्वितीय मॉडलिंग समस्याओं को हल करने के लिए किया जा सकता है;ऐसी स्थितियों की तरह जहां अन्य तरीके लागू नहीं होते हैं। वे प्लाज्मा के लिए क्वांटम फील्ड सिद्धांत के आवेदन को शामिल करते हैं।इन मामलों में, कणों द्वारा बनाए गए विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र को एक क्षेत्र (गणित) की तरह मॉडल किया जाता है;बलों का एक वेब।कण जो चलते हैं, या जनसंख्या को धक्का देते हैं और बलों के इस वेब, इस क्षेत्र पर खींचते हैं।इसके लिए गणितीय उपचार में लार्जानियन यांत्रिकी गणित शामिल है।

वाणिज्यिक प्लाज्मा भौतिकी मॉडलिंग कोड

• क्वांटमोल-वीटी
• vizglow
• vizspark
• cfd-ace+
• comsol
• lsp
• जादू
• Starfish
• usim
• vsim
• Star-ccm+

यह भी देखें

• प्लाज्मा भौतिकी लेखों की सूची

संदर्भ

• 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.