t.me/knigoprovod Отправить другу/подруге по почте ссылку на эту страницуВариант этой страницы для печатиНапишите нам!Карта сайта!Помощь. Как совершить покупку…
московское время21.08.19 14:12:42
На обложку
Религия и церковь в истории РоссииРелигия и церковь в истории России
«Океан сказаний» Сомадевы как памятник индийской средневековой…авторы — Серебряков И. Д.
Применение аэрофотосъёмки при изучении лесного и болотного…авторы — Самойлович Г. Г., Галкина Е. А., ред.
б у к и н и с т и ч е с к и й   с а й т
Новинки«Лучшие»Доставка и ОплатаМой КнигоПроводЗаказ редких книгО сайте
Книжная Труба   поиск по словам из названия
Авторский каталог
Каталог издательств
Каталог серий
Моя Корзина
Только цены
Рыбалка
Наука и Техника
Математика
Физика
Радиоэлектроника. Электротехника
Инженерное дело
Химия
Геология
Экология
Биология
Зоология
Ботаника
Медицина
Промышленность
Металлургия
Горное дело
Сельское хозяйство
Транспорт
Архитектура. Строительство
Военная мысль
История
Персоны
Археология
Археография
Восток
Политика
Геополитика
Экономика
Реклама. Маркетинг
Философия
Религия
Социология
Психология. Педагогика
Законодательство. Право
Филология. Словари
Этнология
ИТ-книги
O'REILLY
Дизайнеру
Дом, семья, быт
Детям!
Здоровье
Искусство. Культурология
Синематограф
Альбомы
Литературоведение
Театр
Музыка
КнигоВедение
Литературные памятники
Современные тексты
Худ. литература
NoN Fiction
Природа
Путешествия
Эзотерика
Пурга
Спорт

/Наука и Техника/Физика

Физика плазмы и численное моделирование — Бэдсел Ч., Ленгдон А.
Физика плазмы и численное моделирование
Научное издание
Бэдсел Ч., Ленгдон А.
год издания — 1989, кол-во страниц — 452, ISBN — 5-283-02432-6, 0-07-005371-5, тираж — 2400, язык — русский, тип обложки — твёрд. 7Б, масса книги — 540 гр., издательство — Энергоатомиздат
цена: 1000.00 рубПоложить эту книгу в корзину
Сохранность книги — хорошая

CHARLES K. BIRDSALL, A. BRUCE LANGDON
PLASMA PHYSICS, VIA COMPUTER SIMULATION

McGraw-Hill Book Company, 1985

Пер. с англ. А. М. Афонина и А. М. Игнатова

Р е ц е н з е н т ы:
В. П. Силин
А. А. Рухадзе

Формат 60x88 1/16. Бумага офсетная №2. Печать офсетная
ключевые слова — моделирован, pic, частиц-в

Изложены вопросы численного моделирования на ЭВМ плазмы в приложении к термоядерным реакторам. Показаны возможности расширения имеющихся программ для ЭВМ на более сложные виды взаимодействий в плазме.

Для научных работников, занимающихся физикой плазмы в различных её вариантах, включая управляемый синтез и космическую плазму, а также для аспирантов и студентов.

Табл. 3. Ил. 151. Библиогр.: 279 назв.


Наша книга по численному моделированию плазмы нацелена на понимание читателем сущности плазменных процессов. Большинство современных приложений физики плазмы связаны с задачами различных способов создания управляемого термоядерного синтеза (УТС). Однако моделирование с помощью крупных частиц используется также при изучении космической плазмы, электронных и ионных пушек, ядерных взрывов и СВЧ-приборов. Несмотря на название книги мы не претендуем на изложение всей физики плазмы или всего численного моделирования.

Плазма — это четвёртная форма существования вещества, состоящая из электронов, ионов и нейтральных атомов, обычно при температуре более 104 K. Плазмой являются Солнце и звёзды, ионосфера Земли, пояса Ван-Аллена, магнитосфера и т. д. Плазма составляет большую часть известного вещества во Вселенной.

Плазма является средой для магнитного и инерциально ограниченного управляемого термоядерного синтеза. В плазме из трития и дейтерия при температуре 108 K начинается термоядерное горение, в результате получаются энергетические ионы гелия и нейтроны. Такая плазма может быть использована в качестве теплового источника для создания пара, вращающего турбины электростанций. Современные исследования плазмы включают в себя теорию, эксперимент и численное моделирование с помощью больших и быстрых компьютеров, которые дают результаты, весьма полезные в теории и эксперименте, что позволяет экономить массу времени и средств при создании установок УТС. Частично моделирование выполняется с использованием жидкостных моделей, а частично — с использованием многочастичных моделей (от 103 до 106 частиц) для получения детального кинетического поведения. Ряд гибридных методов сочетают оба описания.

Моделирование плазмы с помощью крупных частиц за последние 20 лет прошло путь от искусства к науке и сейчас используется во всём мире. По мере улучшения параметров компьютеров затраты на моделирование снижались, и сейчас программы, приведённые в книге, можно использовать на очень маленьких ЭВМ или же очень быстро работать с ними на больших ЭВМ. Теперь моделирование с помощью крупных частиц используется не только в больших лабораториях, но и небольшими группами исследователей в университетах.

Книга состоит из четырёх частей. Часть I можно уподобить букварю. Она предназначена новичкам, желающим научиться численному моделированию плазмы. В ней описаны одномерный электростатический код ES1 (с приведением текста программ) и одномерный электромагнитный код EM1, изложены необходимые численные методы математической физики. Часть I является как бы вводным курсом, который дополнен задачами. Имеются задания (с указанием начальных величин и некоторых возможных результатов) для самостоятельной работы.

В части II (теория) разъясняется смысл основной части современной теории электростатического моделирования с помощью крупных частиц. Эта часть книги создаёт математические и физические основы алгоритмов, использованных в части I.

В части III (практика) рассмотрены более сложные случаи электростатического и электромагнитного моделирования в двухмерном случае. Эта часть, соответствующая современному уровню исследований плазмы, предназначена для научных сотрудников и студентов.

В части IV (приложения) освещены некоторые частные вопросы, существенные при численном моделировании.

Все составляющие элементы книги (программы, задания, задачи, теория) были созданы для курса лекций, который читался студентам более 10 лет.

Результатом, вознаградившим нас за разработку моделирования плазмы, была радость получения полного физического понимания поведения плазмы. Это очень захватывающе — создавать программы, которые хорошо описывают физику. Поэтому мы рекомендуем начинать выполнение заданий с первой недели занятий со студентами, с тем чтобы они приступали к моделированию параллельно со слушанием лекций. Моделирование всегда является единственным прямым опытом, который приобретают студенты по колебаниям плазмы, неустойчивостям потоков и кинетическому поведению горячей плазмы. Наш опыт говорит, что глубокие знания невозможны без практического выполнения заданий и решения всех задач, относящихся к теоретическим вопросам. В книге Иттена «Элементы цвета» есть одно интересное высказывание: «Изучение по книгам с помощью учителей подобно поездке в вагоне, но вагон служит нам, пока он находится на рельсах. Тот, кто достиг конечной станции, должен покинуть вагон и дальше идти пешком».

Основной упор сделан на математическую сторону создания алгоритмов с заданными свойствами. В книге собрана важная для исследователей, использующих моделирование, информация, рассеянная по многим журнальным статьям…

ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРОВ

Ч. Бэдсел, А. Ленгдон

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие авторов к русскому изданию3
Предисловие к русскому изданию4
Предисловие авторов5
 
Ч А С Т Ь  I.  ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПЛАЗМЫ С ПОМОЩЬЮ
МЕТОДА КРУПНЫХ ЧАСТИЦ. ОДНОМЕРНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ
И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КОДЫ7
 
Г л а в а  1.  Возможно ли изучение физики плазмы с помощью
численного моделирования с использованием метода крупных частиц8
 
Г л а в а  2.  Общая характеристика одномерной электростатической
программы13
 
2.1. Введение13
2.2. Основы построения электростатической модели плазмы13
2.3. Принципы построения вычислительного цикла16
2.4. Интегрирование уравнений движения18
2.5. Интегрирование уравнений поля21
2.6. Связь между величинами, описывающими частицы, и разностной
сеткой; взвешивание сил и частиц24
2.7. Выбор начальных величин; общие замечания27
2.8. Выбор формы представления результатов работы программы; общие
замечания28
2.9. Способы проверки правильности работы программы30
 
Г л а в а  3.  Одномерная электростатическая программа ES131
 
3.1. Введение31
3.2. Общая структура программы ES132
3.3. Входные данные к ES137
3.4. Преобразование входных параметров в компьютерные величины38
3.5. Нормировка, компьютерные переменные38
3.6. Подпрограмма INIT; вычисление начальных скоростей и координат
зарядов39
3.7. SETRHO, начальное задание плотности заряда43
3.8. Подпрограмма FIELDS; определение напряжённости и энергии
электростатического поля44
3.9. Подпрограммы быстрого преобразования Фурье48
3.10. Подпрограмма для начального полушага по скорости SETV48
3.11. Подпрограмма вычисления скоростей ACCEL49
3.12. Подпрограмма вычисления координат MOVE54
3.13. Изменение времени на один шаг56
3.14. Подпрограмма построения графиков в зависимости от времени,
HISTRY56
3.15. Графопостроительные и прочие подпрограммы58
 
Г л а в а  4.  Основы используемых численных методов62
 
4.1. Введение62
4.2. Точность метода решения уравнений движения частиц62
4.3. Сила Ньютона-Лоренца; трёхмерный метод интегрирования v x B64
4.4. Выполнение вращения v x B67
4.5. Применение формул вращения в одномерных программах68
4.6. Связь между частицами и разностной сеткой; формфакторы
S(x), S(k)70
4.7. Горячая плазма частиц конечных размеров73
4.8. Сила взаимодействия частиц конечных размеров при наличии
разностной сетки75
4.9. Точность метода решения уравнения Пуассона77
4.10. Энергия поля и кинетические энергии частиц78
4.11. Граничные условия для заряда, тока, поля и потенциала80
 
Г л а в а  5.  Задания по использованию программы ES184
 
5.1. Введение84
5.2. Связь начальных значений разных величин в линейном приближении85
5.3. Анализ ленгмюровских колебаний холодной плазмы88
5.4. Проект по колебаниям холодной плазмы92
5.5. Задание по гибридным колебаниям95
5.6. Линейный анализ двухпучковой неустойчивости97
5.7. Приближённый нелинейный анализ двухпотоковой неустойчивости101
5.8. Задание по изучению двухпотоковой неустойчивости106
5.9. Некоторые результаты моделирования двухпотоковой неустойчивости107
5.10. Линейный анализ плазменно-пучковой неустойчивости112
5.11. Приближённый нелинейный анализ плазменно-пучковой
неустойчивости115
5.12. Задания по моделированию плазменно-пучковой неустойчивости119
5.13. Линейный анализ циклотронной неустойчивости пучка122
5.14. Задание по циклотронной неустойчивости пучка124
5.15. Затухание Ландау125
5.16. Распределение замагниченных колец по скоростям и линейный
анализ неустойчивости Дори-Геста-Харриса128
5.17. Задание по замагниченному кольцеобразному распределению131
5.18. Применение ES1 в исследованиях132
 
Г л а в а  6.  Одномерная электромагнитная программа ЕМ1133
 
6.1. Введение133
6.2. Одномерная модель133
6.3. Интегрирование одномерных уравнений поля134
6.4. Устойчивость метода137
6.5. Код ЕМ1 для периодических систем138
6.6. Код ЕМ1BND для ограниченных систем; задание функции
распределения f(х, v) 139
6.7. Граничные условия в коде ЕМ1BND141
6.8. Представление выходных данных в ЕМ1 и ЕМ1BND143
 
Г л а в а  7.  Задания по использованию ЕМ1144
 
7.1. Введение144
7.2. Резонансный нагрев плазмы146
7.3. Наблюдение предвестника148
 
Ч А С Т Ь  II.  ТЕОРИЯ. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЛАЗМЫ МЕТОДОМ
КРУПНЫХ ЧАСТИЦ ПРИ УЧЁТЕ КОНЕЧНОСТИ ВРЕМЕННЫХ И
ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ШАГОВ150
 
Г л а в а  8.  Эффекты пространственной сетки151
 
8.1. Введение. Ранние работы по использованию сеток и ячеек
в описании плазмы151
8.2. Введение в теорию пространственной сетки155
8.3. Основные эффекты периодической пространственной неоднородности156
8.4. Обозначения и определения159
8.5. Взвешивание частиц на сетке; формфакторы160
8.6. Сохранение импульса в полной системе162
8.7. Преобразование Фурье для зависимых величин; наложение частот,
возникающее из-за конечных рядов Фурье163
8.8. Более точный алгоритм для S(х) с использованием сплайнов167
8.9. Обобщение на случай двух и трёх измерений168
8.10. Линейная дисперсия волны170
8.11. Исследование холодной дрейфующей плазмы; частоты колебаний170
8.12. Нефизическая неустойчивость холодного пучка173
8.13. Решение для максвелловской плазмы; нефизические неустойчивости,
вызванные сеткой176
 
Г л а в а  9.  Эффекты конечного шага по времени180
 
9.1. Введение180
9.2. Диэлектрическая проницаемость горячей незамагниченной плазмы;
алгоритм с перешагиванием182
9.3. Альтернативный анализ на основе суммирования по траекториям
частиц188
9.4. Численная неустойчивость191
9.5. Дисперсионная функция, включающая конечные значения Δх и
Δt194
9.6. Дисперсия замагниченной горячей плазмы и нефизическая
неустойчивость195
9.7. Моделирование медленно меняющихся явлений; подциклы, усреднение
орбит и неявные методы202
9.8. Другие алгоритмы для незамагниченной плазмы205
 
Г л а в а  10.  Численные модели с сохранением энергии211
 
10.1. Введение211
10.2. Нарушение сохранения энергии в кодах с сохранением импульса212
10.3. Алгоритм с сохранением энергии213
10.4. Сохранение энергии217
10.5. Алгоритмы, выведенные из вариационных принципов219
10.6. Пространственное преобразование Фурье зависимых величин220
10.7. Разностное уравнение Пуассона в форме Левиса и кулоновские поля221
10.8. Малые колебания холодной плазмы222
10.9. Несохранение импульса224
10.10. Наложение частот и дисперсионное уравнение колебаний горячей
плазмы225
10.11. Пример модели с линейной интерполяцией228
10.12. Модель с квадратичным сплайном231
 
Г л а в а  11.  Мультипольные модели232
 
11.1. Введение232
11.2. Метод разложения по мультиполям233
11.3. Сокращённое мультипольное разложение237
11.4. Мультипольная интерпретация других алгоритмов239
11.5. Связь между преобразованиями Фурье частичных и сеточных величин242
11.6. Полная точность вычисления силы; дисперсионное соотношение245
11.7. Заключение и перспективы249
 
Г л а в а  12.  Кинетическая теория флуктуации и шума; столкновения250
 
12.1. Введение250
12.2. Пробный заряд и дебаевское экранирование251
12.3. Флуктуации254
12.4. Замечания об экранировке и флуктуациях260
12.5. Вывод кинетического уравнения261
12.6. Точные свойства кинетического уравнения267
12.7. Замечания о кинетическом уравнении270
 
Г л а в а  13.  Кинетические свойства: теория, практика
и эвристические оценки271
 
13.1. Введение271
13.2. Одномерная плазма в тепловом равновесии272
13.3. Термализация одномерной плазмы280
13.4. Численный разогрев и охлаждение285
13.5. Время столкновений и разогрева для двухмерной тёплой плазмы288
13.6. Неустойчивая плазма293
 
Ч А С Т Ь  III.  ПРАКТИКА. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММ В ДВУХ
И ТРЁХ ИЗМЕРЕНИЯХ295
 
Г л а в а  14.  Электростатические программы в двух и трёх
измерениях295
 
14.1. Введение295
14.2. Двухмерная электростатическая программа в целом298
14.3. Решение уравнения Пуассона301
14.4. Взвешивание и эффективные формы частиц в прямоугольных
координатах S(x), S(k), анизотропия силы302
14.5. Дважды периодическая модель и граничные условия305
14.6. Решения уравнения Пуассона для ограниченных по x
и периодических по y систем308
14.7. Использование инверсионной симметрии для периодически
открытой модели312
14.8. Точность конечно-разностного уравнения Пуассона315
14.9. Точность конечно-разностного оператора градиента317
14.10. Конечно-разностное уравнение Пуассона в цилиндрических
координатах321
14.11. Взвешивание частиц и полей в цилиндрических координатах325
14.12. Перемещение частиц в цилиндрических координатах327
14.13. Неявный метод для больших временных шагов328
14.14. Диагностики335
14.15. Характерные приложения338
 
Г л а в а  15.  Электромагнитные программы в двух и трёх измерениях341
 
15.1. Введение341
15.2. Интегрирование полей по времени и размещение пространственной
сетки341
15.3. Точность и устойчивость интегрирования по времени343
15.4. Интегрирование уравнений, движения345
15.5. Совместное интегрирование уравнений для частиц и полей347
15.6. Уравнения ∇‧B и ∇‧E; обеспечение сохранения заряда349
15.7. A-φ-формализм350
15.8. Свойства шумов при различных методах взвешивания тока351
15.9. Схемы при Δtpart > Δtfields353
15.10. Периодические граничные условия356
15.11. Открытые границы357
15.12. Граничные условия на проводящей стенке362
15.13. Интегрирование уравнений Максвелла в цилиндрических
координатах367
15.14. Приближение Дарвина368
15.15. Гибридные коды частица-жидкость370
15.16. Неявные электромагнитные коды370
15.17. Диагностики371
15.18. Некоторые приложения373
15.19. Замечания о полномасштабном моделировании плазмы375
 
Г л а в а  16.  Загрузка и инжекция частиц; граничные условия
и внешняя цепь377
 
16.1. Введение377
16.2. Загрузка неоднородных распределений f0(v), n0(х); обращение
интегральных функций распределения377
16.3. Загрузка холодной плазмы или холодного пучка379
16.4. Загрузка распределения Максвелла379
16.5. Спокойные старты: гладкая загрузка в x-v-пространстве;
использование наборов чисел с обращёнными разрядами
со смешанными основаниями382
16.6. Спокойный старт: многопучковые и кольцевые неустойчивости
и их насыщение; возврат384
16.7. Загрузка замагниченной плазмы с заданным пространственным
распределением ведущих центров n0(xgc)390
16.8. Инжекция и поглощение частиц на границах; излучение полей,
ионизация и перезарядка393
16.9. Граничные условия для частиц и полей в продольно ограниченных
системах; плазменные приборы396
 
Ч А С Т Ь  IV.  ПРИЛОЖЕНИЯ404
 
А. Подпрограммы быстрого преобразования Фурье404
Б. Компенсирующие и ослабляющие функции, используемые в ES1416
В. Цифровая фильтрация в одном и двух измерениях419
Г. Прямое решение конечно-разностных уравнений423
Д. Локальные и нелокальные разностные операторы (∇→ik, ∇2→—k2)
427
 
Список литературы433
Список литературы на русском языке444
Дополнительный список рекомендуемой литературы445

Книги на ту же тему

  1. Численные модели плазмы и процессы пересоединения, Березин Ю. А., Дудникова Г. И., 1985
  2. Численное моделирование методом частиц, Хокни Р., Иствуд Д., 1987
  3. Численное моделирование методами частиц-в-ячейках, Григорьев Ю. Н., Вшивков В. А., Федорук М. П., 2004
  4. Метод частиц в динамике разреженной плазмы, Березин Ю. А., Вшивков В. А., 1980
  5. Вычислительные методы в физике, Поттер Д., 1975
  6. Методы компьютерного эксперимента в теоретической физике, Хеерман Д. В., 1990
  7. Математическое моделирование плазмы. — 2-е изд., перераб. и доп., Днестровский Ю. Н., Костомаров Д. П., 1993
  8. Исследование гидродинамической неустойчивости в задачах лазерного термоядерного синтеза методами математического моделирования, Лебо И. Г., Тишкин В. Ф., 2006

Напишите нам!© 1913—2013
КнигоПровод.Ru
Рейтинг@Mail.ru btd.kinetix.ru работаем на движке KINETIX :)
elapsed time 0.023 secработаем на движке KINETIX :)