_____________________ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ_____________________
№ 11/2 ФИЗИКА 2011
УДК: 533.9.08:519.677
Л.А. ЛОБЕС, А.В. ШАРНИН А.А. КАЛАШНИКОВ
Оценка требований к реализации 3d модели импульсной рефлектометриии рефрактометрии плазмы установок типа токамак1
Проведены оценки времени выполнения 3-х мерной модели импульсной рефлектометрии/рефрактометрии с использованием метода расчета электромагнитных полей FDTD. Уточнены требования к архитектуре программно-аппаратного комплекса. Обозначены дальнейшие направления исследований
Структура модели
Импульсная рефлектометрия [1] и рефрактометрия [2] плазмы установок УТС типа токамак [3] основана на определении свойств плазмы по характеристикам прошедшего через плазму микроволнового излучения. С точки зрения физических принципов распространения микроволнового излучения в плазме и измерение его параметров методы импульсной рефлектометрии и рефрактометрии отличаются несущественными нюансами, что позволяет создать для них единую среду моделирования вместо создания двух различных моделей.
В основу среды моделирования будет заложена трехмерная модель распространения волн в плазме, описанная в [4]. Согласно этой модели, интересующая область плазмы описывается с помощью трехмерного распределения комплексной диэлектрической проницаемости, задаются параметры падающего на пучка микроволнового излучения и рассчитывается процесс распространения поля электромагнитной волны в данной области. Затем, вычисляются параметры отраженной волны на соответствующей границе расчетной области. Принципиальные отличия заключаются только в значении длины волны зондирующего излучения и особенностях его распространения: в импульсной рефлектометрии происходит полное внутренне отражение излучения от слоя плазмы с критической для используемой монохроматической частоты плотностью электронов, а в импульсной рефрактометрии монохроматическая волна проходит сквозь плазму в прямом направлении, отражается от элементов конструкции вакуумной камеры и возвращается через плазму в обратном направлении. Если не вводить ряд упрощающих допущений, то моделирование процессов распространения электромагнитных волн в плазме для импульсной рефлектометрии и рефрактометрии будет идентичным. Принципы измерения для перечисленных методов также идентичны. Отличие модели импульсной рефрактометрии будет состоять только в увеличении размеров расчетной области и введения отражающей поверхности, для моделирования отражения волны от стенки вакуумной камеры. Поэтому в данной статье оценка требований к модели будет проводиться на примере импульсной рефлектометрии, а полученные результаты могут быть легко пересчитаны на случай импульсной рефрактометрии.
Структура модели представлена на Рисунке 1.
Рисунок 1. Структура модели
В составе модели выделяются: блок задания параметров моделирования, таких как параметры зондирующего излучения и граничных условий для основной расчетной области, блок вычислений поля в основной расчетной области, блок вычисления параметров отраженного излучения в раскрыве приемной антенны, блок расчета времени пролета зондирующей волны в плазме и свободном пространстве между плоскостью раскрыва антенн и границей плазмы. В качестве оценки требований к модели будет рассматриваться оценка требований к реализации блока вычисления поля в основной расчетной области и оценка времени моделирования процесса распространения с момента прихода падающей волны на границу расчетной области до момента выхода фронта отраженной волны на соответствующую границу этой области.