3. Simulační atomové kódy
Využívají výsledků atomových strukturních
kódů a rozptylových teorií a společně se
statistickou fyzikou a fyzikou plazmatu
popisují procesy v atomech plazmatu
Cílem je určit ionizaci a populaci
energetických hladin atomů v plazmatu a
pomoci při spektrální analýze
4. Dosažení cíle
Vyřešení rychlostních rovnic pro každou
hladinu energie pro každý iont atomu včetně
jeho ovlivnění okolním plazmatem
Vyžaduje kompletní set dat (detailní stavy en.
hladin, rates atomových procesů ovlivňující
distribuci populace na hladinách, …) –
výpočetně velmi náročné
Kinetické modely jsou postaveny s velmi
malým počtem hladin, tak přesně jak je to
možné, aby byly spektroskopické
pozorovatelné dobře definovány
5. Modely plazmatu
Znalost populace energetických hladin
atomů v plazmatu je klíčem k výpočtu
parametrů plazmatu, např. vnitřní energie,
partiční funkce, nebo stavové rovnice
Velmi důležité při analýze pozorovaného
spektra a diagnostice plazmatu
Úzce svázáno s termodynamickými
parametry jako teplota a hustota
plazmatu
6. TE model 1
TE = Thermodynamic Equilibrium
Všechny atomové procesy jsou
vybalancované odpovídajícími inverzními
procesy
Za dané teploty T je distribuce populace
určena Boltzmannovou statistikou a
Sahovým ionizačním rozdělením
7. TE model 2
Hustota populace hladiny i v atomech v s
ionizací z je dána Boltzmannovým rozdělením
Relativní počet atomů se dvěma po sobě
jdoucími ionizačními stavy určuje Sahova
rovnice
Radiační pole v TE plazmatu je izotropní a
homogenní, intenzita dána Planckovou funkcí
8. LTE model
LTE = Local Thermodynamic Equilibrium
Radiační procesy nejsou vybalancované
K popisu distribuce populace opět Boltzmannova
a Sahova rovnice
Radiační pole ale není Planckovou funkcí, protože
nezávisí jen na lokálních podmínkách, ale i na
distribuci populace a pravděpodobnosti
atomových přechodů
LTE stav nastává v plazmatu relativně vysoké
hustoty a nízké teploty, kde srážkové procesy hrají
mnohem důležitější roli než radiační, které
neovlivňují distribuci populace
9. Coronal model
Pokud je hustota elektronů nízká –
srážková deexcitace a tříčásticová
rekombinace jsou zanedbatelné
Srážková ionizace a excitace jsou
vyváženy radiační rekombinací nebo
spontánním rozpadem
Předpokládáme maxwellovské rozdělení
rychlostí elektronů
10. CR model (non-LTE)
CR = Collisional – Radiative
Distribuce populace v určitém bodě
nezávisí pouze na parametrech plazmatu
v tomto bodě
Lokální distribuce populace je určena
vyvážením srážkových a radiačních
procesů
Nejobecnější model, široké využití
Vyžaduje kvalitní atomová data
11. Formulace CR modelu
Znalost populace hladin v atomu je
důležitá při spektrální analýze
CR model je aplikován tam, kde je
populace hladin atomů v plazmatu
určena srážkovými a radiačními procesy
Pro rychlostní rovnice populace hladin
atomu potřebujeme znát radiační pole,
které získáme z rovnice radiačního
transportu
12. Rychlostní rovnice
Časově závislá populace hladin atomů v
plazmatu je určena vícehladinovými
srážkově – radiačními rovnicemi
Rychlostní rovnice pro atomovou hladinu i
������������ je počet hladin zahrnutých ve výpočtu
13. Rychlostní rovnice 2
Přechody na vyšší hladinu (i < j)
Přechody na nižší hladinu (i > j)
������������������ - spontánní emise ������������������ - radiační rekombinace
������������������ - stimulovaná absorpce / emise ������������������ - fotoionizace a stimulovaná
rekombinace
������������������ - srážková excitace ������������������ - srážková ionizace
������������������ - srážková deexcitace ������������������ - srážková rekombinace
������������������ - svazkové a netepelné ������������������ - elektronový záchyt
elektronové srážky
������������������ - autoionizace
14. Radiační transport
Intenzita
záření ������ ������, ������, ������, ������ je definovaná
jako energie ������������, která je nesená zářením o
frekvenci ������, ������������ elementem povrchu ������������
pod úhlem ������Ω v časovém intervalu ������������
Rovnice radiačního transportu, ������ ������, ������, ������ je
emisní koeficient nebo emisivita, ������ ������, ������, ������
je absorpční koeficient nebo opacita
15. Kódy
Pořádají se NTLE Kinetics workshopy (6), s
cílem nejen testování a porovnávání výkonu
a přesnosti jednotlivých simulačních kódů, ale
i ověřování výsledků simulace proti
experimentům
Zaměřeno na různé prvky, v poslední době
hlavně wolfram (tungsten), neboť to je
materiál v blízkosti plazmatu v systému ITER a
dalších zařízeních pro magnetickou fúzi a
tudíž je jeho kinetika při vysokých teplotách
středem pozornosti
16. NTLE-5 Workshop
Santa Fe, New Mexico, November 2007
Modelován uhlík, argon, krypton, wolfram,
zlato a časově závislý případ uhlíku
17. FLYCHK
http://www.nlte.nist.gov/FLY/
Vytvořen na filozofii „jednoduchý, ale rozumně
přesný“
Z atomové struktury počítá distribuci populace
Obsahuje sety dat pro všechny ionizační stavy
atomů až do ������ = 79
Statické i časově závislé případy
Výstupem je soubor obsahující populaci všech
stavů jako funkci teploty a hustoty (nebo času),
možný vstup pro generaci spektra kódem FLYSPEC
18. PrismSPECT
http://www.prism-cs.com/Software/PrismSpect/PrismSPECT.htm
Kód využívající CR model
Simulace atomových a radiačních vlastností
plazmatu
Obsahuje GUI, set atomových dat až do
������ = 18
Součástí je i vizualizační nástroj
19. LANL kódy
http://aphysics2.lanl.gov/cgi-bin/ION/runlanl08d.pl
LALN disponuje výkonnou výpočetní technikou, možné
dělat i náročné simulace, např. atom Au (2000)
100 000 možných konfigurací atomu, doba běhu ~100
hodin
20. Atomové databáze
NIST Atomic Spectra Database
www.nist.gov/physlab/data/asd.cfm
NIFS Atomic & Molecular Database
https://dbshino.nifs.ac.jp/
GENIE – General Internet Search Engine
for Atomic Data
www-amdis.iaea.org/GENIE/
Vyhledává ve více databázích najednou
