Часть 3. Результаты работы с кодом ECsim представлены с использованием нормализованных кодовых единиц (NCU), которые не являются размерными. Использование NCU позволяет преобразовать результаты моделирования в различные физические системы в широком диапазоне параметров. Таким образом, мы приводим два физических примера, в которых результаты одного моделирования преобразуются в параметры плазмы, соответствующие устройствам магнитного синтеза и магнитопаузу Земли.
Каждое моделирование начинается с плазменного впрыска электронов и ионов из центра штакетника для достижения заданного давления плазмы и заканчивается, когда равновесие достигает квазистационарного состояния. В NCU с масштабом длины, нормированным к ионной инерционной длине, размер области моделирования составляет 45 по радиусу и 30 по высоте или осевой длине, пока зона впрыски 9 в радиусе и 30 в высоте. Катушки в штакетнике имеют диаметр 60, а расстояние между двумя соседними катушками составляет 15. Во время инициализации ионы и электроны вводятся с одинаковой температурой с тепловой скоростью электронов 7,35 × 10 -2 раза быстрее скорости света в НКУ. Тепловая скорость ионов, с другой стороны, регулируется в зависимости от массы ионов для поддержания одинаковой температуры для обоих видов. Типичный временной шаг составляет 0,25 / Вт Пи, в течение которого тепловой электрон перемещается 1,84 × 10 -2 / d i, а тепловой Ион перемещается 2,3 × 10 -3 / d i в NCU. Как только впрыснутая, плазма расширяет и заполняет систему загородки штакетника пока взаимодействующая с внешне приложенным магнитным полем. Во время расширения, плазма вытесняет магнитное поле из плазмы и формирует границу. Временная длительность инжекционной фазы составляет 8000/Вт пи, что соответствует 10-кратному времени прохождения электронов или 1,2 - кратному времени прохождения ионов для массы ионов m i = 64 m e. Время перехода определено как время для термальных ионов и электронов двинуть через один диаметр катушки. Инъекция проводится инкрементальной в течение 160 раз в течение фазы инициализации с равным количеством плазменных инъекций, приводящих к постепенному увеличению суммарной кинетической энергии плазмы в штакетнике и плазменных диамагнитных эффектов. Инкрементальное впрыскивание использовано, для того чтобы построить вверх по давлению плазмы в загородке штакетника постепенно производить удары или значительно подачу плазмы, для того чтобы расследовать quiescent уравновешение между статическим давлением плазмы и давлением магнитного поля.
После того, как заданное давление плазмы достигается в штакетнике, фаза инициализации завершена, и система расслабляется в направлении устойчивого состояния. Во время стационарной фазы плазму поддерживают путем инкрементного впрыска в ту же центральную область штакетника для восполнения потерь плазмы от штакетника до границы потерь в правом конце области моделирования. Граница потерь моделируется как поглощающая стенка для частиц и электромагнитных волн. Он расположен на r = 42, далеко от катушек на r = 30, для того чтобы предотвратить присутствие стены от влияния уравновешения плазмы внутри загородки штакетника. Номинально, тариф впрыски, для того чтобы вытерпеть плазму во время устойчивого участка ~18 времен более низко чем тариф впрыски во время участка начинания. Например, скорость инжекции заряда ~ 3 на 22,5 / Вт Пи используется для поддержания постоянного общего заряда 1,89 × 10 4 в системе штакетника для запуска в течение установившегося режима. Эта скорость впрыска соответствует времени удержания частиц 1,1 × 10 5 / Вт pi, что эквивалентно времени прохождения электронов ~135 или времени прохождения ионов ~17. В то время как скорости инжекции ионов и электронов могут варьироваться друг от друга при восполнении их соответствующих потерь заряда, потеря плазмы быстро удовлетворяет амбиполярному условию с равными потерями электронов и ионов от штакетника до поглощающей стенки. С другой стороны, инжекция плазмы в стационарной фазе требует больше кинетической энергии на каждую инжектируемую частицу по сравнению с инжекцией плазмы в фазе инициализации в 2,5-3 раза. Это эквивалентно тому, что время удержания энергии в системе в 2,5-3 раза меньше, чем время удержания частиц. Более короткое время удержания энергии типично в большинстве системах плазмы по мере того как частицы более высокой энергии выходят системы более быстро чем частицы более низкой энергии.
Продолжение следует...
