ЧАСТЬ I. ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПЛАЗМЫ С ПОМОЩЬЮ МЕТОДА КРУПНЫХ ЧАСТИЦ. ОДНОМЕРНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КОДЫ

Эта часть книги является введением в моделирование процессов, происходящих в плазме, с помощью представления ее в виде совокупности крупных частиц и предназначена для тех, кто уже имеет некоторые сведения о плазме и знаком с численными методами и программированием. Однако читатель, не имеющий никакого опыта в изучении плазмы или численных методов, может тем не менее получить пользу от этой части книги, используя дополнительную литературу по физике плазмы.

Изложенный в гл. 1—7 материал соответствует курсу лекций по методам моделирования с помощью крупных частиц. Эти лекции авторы данной книги в течение 10 лет читали студентам. Самостоятельная работа студентов начиналась с первой недели занятий по заданиям из гл. 5.

Глава 1 является вводной и предназначена для объяснения читателю возможности использования от нескольких сотен до нескольких тысяч крупных частиц для моделирования плазмы, содержащей от 1014 до 1024 частиц.

В гл. 2 дано описание некоторых деталей одномерной электростатической программы (ESI) в терминах решаемых дифференциальных и разностных уравнений.

В гл. 3 изложена программа ESI в деталях, включая тексты большей части программы. Некоторые из приведенных задач можно использовать на занятиях со студентами для проверки правильности понимания изученного материала.

В гл. 4 подробно рассмотрены численное вычисление движения крупных частиц, смысл придания таким частицам определенной формы как следствие введения процедуры взвешивания, а также метод решения уравнения Пуассона.

Глава 5 содержит ряд вводных заданий для студентов по исследованию колебаний, волн и неустойчивостей в плазме с использованием программы ESI. Здесь же обсуждаются подробности выбора начальных условий, проведения линейного анализа физических процессов для проверки правильности вычислений и приближенного нелинейного анализа. Эти задания начинаются с вариантов, связанных со случаем холодной плазмы, который является очень легким для понимания и недорогим в смысле затрат времени ЭВМ. Успешное выполнение большинства или всех этих заданий очень важно как часть профессиональной подготовки по моделированию плазмы с помощью частиц. Эта глава, как и гл. 7, является как бы лабораторной частью курса обучения.

В гл. 6 приведена одномерная электромагнитная программа ЕМ1, в которой используются уравнения Максвелла для описания поперечных непотенциальных электромагнитных полей.

В гл. 7 приведены задания для студентов по работе с ЕМ1.

Первую часть книги можно рассматривать как самостоятельный курс обучения методам моделирования с помощью частиц, вторую же часть можно использовать для более полного развития теории моделирования.