Cекция "Kомпьютерные и информационные технологии в технических системах, экономике, науке и образовании" МОДЕЛИРОВАНИЕ КОНТУРА ЛИНИИ ИЗЛУЧЕНИЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ Луизова Л.А., Третьякова Н.И. (г. Петрозаводск, ПГУ) Диагностика плазмы - это определение локальных и мгновенных значений ее основных параметров: концентраций плазмообразующих частиц в основном и возбужденных состояниях, а также атомной, ионной и электронной температур в различных точках плазмы (в случаях, когда распределение частиц по энергиям максвелловское). Информация об этих величинах содержится в спектре, излучаемом плазмой, и задача диагностики - на основании экспериментальных данных о спектре источника получить представление о процессах, в нем происходящих, построить физическую и математическую модель плазмообразующей среды. Такие модели имеют как чисто фундаментальное, так и прикладное значение. Бесконтактность, отсутствие возмущающих воздействий на объект исследования, равная возможность применения как к космической, так и к лабораторной плазме и достаточно разработанная теоретическая база обеспечивают непреходящую популярность этого метода у исследователей. Методы диагностики по контурам спектральных линий всегда основаны на каких-то априорных предположениях о параметрах объекта и процессах, происходящих в нем. Априорная модель строится на основании проверенных теорий и результатов независимых экспериментов. Полученные результаты признаются достоверными, если они непротиворечивы и подтверждены сторонними экспериментами. В настоящее время используется метод непосредственного сравнения контуров, рассчитанных по какой-то модели, с экспериментальными. Моделирование подразумевает задание некоторого числа параметров, которые можно варьировать для наилучшего согласия модельного и экспериментального контуров. Строится модель плазмы, основываясь на всей доступной информации о ней, задается распределение температур и концентраций частиц в различных состояниях, делается предположение о видах взаимодействий, происходящих в плазме, о геометрии плазмы, о существовании в ней термодинамического равновесия или отклонении от него, о форме аппаратного контура регистрирующей системы. Затем, используя эти параметры, рассчитывают спектр излучения и сравнивают его с измеренным. Далее варьируют некоторые параметры модели, пока не достигнут наилучшего совпадения рассчитанного и экспериментального спектров. Извлечение информации из спектра и моделирование контура предполагают довольно сложную математическую обработку больших массивов данных. Представленное программное обеспечение моделирования контура по указанному выше алгоритму обладает следующими свойствами: универсальностью - программа моделирования спектра должна включать в себя все возможные варианты моделей формирования контура, моделей источника, моделей аппаратуры, легко модифицироваться при смене исследуемого объекта. корректными и быстрыми математическими алгоритмами, не способствующими накоплению ошибок. удобным пользовательским интерфейсом, облегчающим освоение программы исследователем, и наглядной, удобной формой представления результатов. Программа моделирует и сравнивает с экспериментальным контур спектральной линии низкотемпературной плазмы в квазиклассическом и бинарном приближении, т.е. в предположении, что частицы движутся классически (имеют траектории) и в каждый момент излучающий атом может взаимодействовать только с одной частицей. На практике эта модель применима к широкому ряду реальных источников: газоразрядные источники света, тлеющий дуговой разряд, активные среды в лазерах, сварочные дуги. Источник полагается асимметричным, однако это ограничение не принципиально: программа построена по модульному принципу, и сменить закон распределения параметров вдоль луча наблюдения можно довольно легко. Подбор параметров можно осуществлять как “вручную”, изменяя тип модели, параметры плазмы, так и с помощью автоматических методов оптимизации. В программе учитываются различные механизмы уширения: доплеровское, штарковское, резонансное и ван-дер-ваальсовское. Программа реализована в среде Delphi 4, требует для работы операционной системы Window95/NT. В настоящее время она применяется для моделирования контуров излучения спектральных линий в закрытой ртутной дуге с добавкой иодида таллия, где необходимо учитывать все перечисленные механизмы уширения. Сопоставление рассчитанных таким образом контуров с экспериментальными дает возможность оценить вклад различных механизмов уширения в формирование контура линии, определить модель взаимодействия излучающей и возмущающей частиц а также служит средством локальной спектроскопии плазмы, а именно, нахождения пространственного распределения ее компонент. Адаптировать программу к другому источнику не составляет труда. Программа используется также в учебном процессе в курсе “Оптические методы диагностики плазмы”. © МГТУ 2000 webmaster@mstu.edu.ru
МОДЕЛИРОВАНИЕ КОНТУРА ЛИНИИ ИЗЛУЧЕНИЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ
Луизова Л.А., Третьякова Н.И. (г. Петрозаводск, ПГУ)
Диагностика плазмы - это определение локальных и мгновенных значений ее основных параметров: концентраций плазмообразующих частиц в основном и возбужденных состояниях, а также атомной, ионной и электронной температур в различных точках плазмы (в случаях, когда распределение частиц по энергиям максвелловское). Информация об этих величинах содержится в спектре, излучаемом плазмой, и задача диагностики - на основании экспериментальных данных о спектре источника получить представление о процессах, в нем происходящих, построить физическую и математическую модель плазмообразующей среды. Такие модели имеют как чисто фундаментальное, так и прикладное значение. Бесконтактность, отсутствие возмущающих воздействий на объект исследования, равная возможность применения как к космической, так и к лабораторной плазме и достаточно разработанная теоретическая база обеспечивают непреходящую популярность этого метода у исследователей. Методы диагностики по контурам спектральных линий всегда основаны на каких-то априорных предположениях о параметрах объекта и процессах, происходящих в нем. Априорная модель строится на основании проверенных теорий и результатов независимых экспериментов. Полученные результаты признаются достоверными, если они непротиворечивы и подтверждены сторонними экспериментами. В настоящее время используется метод непосредственного сравнения контуров, рассчитанных по какой-то модели, с экспериментальными. Моделирование подразумевает задание некоторого числа параметров, которые можно варьировать для наилучшего согласия модельного и экспериментального контуров. Строится модель плазмы, основываясь на всей доступной информации о ней, задается распределение температур и концентраций частиц в различных состояниях, делается предположение о видах взаимодействий, происходящих в плазме, о геометрии плазмы, о существовании в ней термодинамического равновесия или отклонении от него, о форме аппаратного контура регистрирующей системы. Затем, используя эти параметры, рассчитывают спектр излучения и сравнивают его с измеренным. Далее варьируют некоторые параметры модели, пока не достигнут наилучшего совпадения рассчитанного и экспериментального спектров.
Извлечение информации из спектра и моделирование контура предполагают довольно сложную математическую обработку больших массивов данных. Представленное программное обеспечение моделирования контура по указанному выше алгоритму обладает следующими свойствами:
В программе учитываются различные механизмы уширения: доплеровское, штарковское, резонансное и ван-дер-ваальсовское.
Программа реализована в среде Delphi 4, требует для работы операционной системы Window95/NT. В настоящее время она применяется для моделирования контуров излучения спектральных линий в закрытой ртутной дуге с добавкой иодида таллия, где необходимо учитывать все перечисленные механизмы уширения. Сопоставление рассчитанных таким образом контуров с экспериментальными дает возможность оценить вклад различных механизмов уширения в формирование контура линии, определить модель взаимодействия излучающей и возмущающей частиц а также служит средством локальной спектроскопии плазмы, а именно, нахождения пространственного распределения ее компонент. Адаптировать программу к другому источнику не составляет труда. Программа используется также в учебном процессе в курсе “Оптические методы диагностики плазмы”.