2.8. ВЫБОР ФОРМЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ ПРОГРАММЫ; ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ

Предметом моделирования является получение знаний о физике плазмы. Объектом любого запуска программы моделирования или серии запусков служит изучение колебаний и волн в плазме, неустойчивостей нагрева и излучения плазмы, транспортировки пучков и т. д., обычно ограниченного числа явлений в любой системе запусков. Следовательно,

Рис. 2.12. Размещение частиц в фазовом пространстве для холодной однородной плазмы [четыре частицы на ячейку (а)] и размещение частиц в горячей плазме с -образной функцией распределения с использованием четырех скоростей и созданием четырех пучков (6)

программа моделирования должна на выходе содержать информацию, которая показывает, какие физические процессы были реализованы, и обеспечивать необходимые сведения об изучаемых явлениях.

Можно, конечно, сохранять всю получаемую в процессе вычисления информацию, записывая ее, например, на магнитную ленту, а после окончания работы программы проводить анализ полученных сведений. Однако более общепринятым способом представления выходных данных служат графики, создаваемые в процессе работы программы (мгновенные фотографии) и в конце (развитие во времени), дополняемые пространственным и временным Фурье-ана-лизом некоторых величин, с распечаткой всей информации на пленку или бумагу. Так как никакой другой информации о работе программы не сохраняется, то выбранные графики должны содержать все интересующие нас физические данные. Для ориентировки заметим — обычно благоразумно сохранять больше данных, чем кажется минимально необходимым.

Первая страница могла бы содержать имя программы и используемой версии; она также должна содержать все начальные условия. Следующие страницы могут быть мгновенными фотографиями, выполненными с некоторым интервалом, например, при Интересующей нас информацией на этих снимках может быть для частиц:

фазовое пространство

пространство скоростей

плотность распределения по скоростям или Для сеточных величин можно нарисовать:

а) плотность заряда или плотность частиц

б) потенциал

в) поле

г) распределение электростатической энергии от k. Результаты в конце работы программы должны состоять из графиков зависимости от времени следующих величин:

а) электростатической энергии

б) кинетической энергии частиц по группам

в) дрейфовой энергии частиц

г) тепловой энергии частиц

д) полной энергии — энергии частиц плюс энергия электростатического поля (обычно с опущенными лишними нулями для увеличения эффекта несохранения энергии при расчетах);

е) величины ркфк для каждой моды, возможно с Фурье-анализом каждой моды, с графиками зависимости от

Перечисленные графики дают представление о выходной информации одномерной программы. При типичном запуске, содержащем 1000 шагов, можно делать мгновенные фотографии через каждые -графики для 7 частиц и сеточных величин (126 графиков) и в конце запуска — 5 энергетических и, например, 32 модовых графика; общее число графиков они легко умещаются на 192 страницах микрофильмовой пленки размером см.

Представляют интерес и многие другие величины. При изучении диффузии можно проследить за среднеквадратичным отклонением скоростей или координат частиц, когда они запоминаются или а потом рисуются. При изучении волны могут понадобиться частотные характеристики, так что потребуется выполнить Фурье-анализ во времени некоторых возможно после работы программы (так называемая последующая обработка) с необходимым запоминанием исследуемой величины. Может представлять интерес динамика фаз или скоростей или пространственная функция распределения — в этом случае должен быть смонтирован кинофильм, вероятно, по мгновенным фотографиям, сделанным через интервалы времени или

На этом пути исследователь, как экспериментатор в лаборатории, будет накапливать необходимые данные для проверки правильности своих физических представлений и обеспечивать желаемое проникновение в суть своей собственной плазменной задачи.