Математичні моделі та методи обчислення процесів збудження та стійкості інтенсивних хвиль в приладах плазмової електроніки

Abstract

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. 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.