Плазменный двигатель

Может быть кто подскажет место в Инете, где можно в спокойной обстановке пообсуждать со знающими людьми проблемы конструирования плазменного двигателя? Желательно, чтобы эти люди там присутствовали, и небыло разных "альтенативщиков" и торсионщиков.
Т.е. чтобы члены данного сообщества знали и уважали и теорию относительности, и электродинамику, и квантовую физику, и в тоже время были открыты к несколько "безумному" обсуждению проблем плазмодинамики.
К сожалению, собственные поиски такого форума или сайта ни к чему не привели- все загажено альтернативщиками и хулителями науки, а поисковики неотличают "мух от котлет".
Конкретно интерисуют вопросы численного моделирования неравновесной плазмы, вопросы взаимодействия плазмы с электромагнитными полями, в частности СВЧ и применение метода конечных элементов для симуляции взаимодействия плазмы с ЭМ полем.

Во первых, разыскиваеться код ( фортран или матлаб) для симуляции взаимодействия плазма-ЕМ. Хочеться проверить некоторые идеи, прежде чем их в железо пихать. Что то типа Numerical Tocamak или Particles Studio, только открытое. У твердотельщиков есть же nextnano, свободно распространяемый в исходниках, должно же быть нечто такое и в физике плазмы?
Во вторых, хотелось бы провести себе ликбез по физике плазмы (обьема общего курса физики плюс опыт работы с газовым разрядом в лазерах совершенно недостаточно). С другой стороны, теоретические обзоры типа Fundamentals of Plasma Physics (Paul M. Bellan ) несколько перегруженны математикой, и слабо свещают вопроса неоднородной, нестационарной плазмы и взаимодействия ее с СВЧ излучением в виде, применимом для численного моделирования.
А идеи в общем виде таковы- удержание плазмы с помощью ВЧ и СВЧ ( постоянные поля выполняют только вспомагательную роль). Создание градиентов в плазме- плазма обжимает плазму. Рециркуляция энергии с помощью свч излучения. Создание неизотропной плазмы ( температуры отличны по координатам). Управление ориентацией ядерного спина ионов в плазме. Короче это можно назвать "плазменный инжиниринг".

Добрый день.

и небыло разных "альтенативщиков" и торсионщиков.
Т.е. чтобы члены данного сообщества знали и уважали и теорию относительности, и электродинамику, и квантовую физику

 

Видимо я вам не подхожу, хоть и торсионщиком не являюсь, ТО не уважаю.
Однако замечу, задачу вы так и не поставили. Какая рассматривается плазма, параметы. И что хотелось бы получить на выходе из устройста, импульс? Сколько?
Вы не хотите разбираться с перегруженными математикой источниками но при этом готовы с помощью маткада численно моделировать?! Это как?
Могу вас порадовать, что полная система уравнений кроме уравнений газовой динамики включает и уравнения Максвелла. Конечно если вы останетесь в низких давлениях, как в разряде лазерном, от газовой динамики можно отказаться.
ing

khach, вы не могли бы уточнить, что именно вас интересует? Вы хотите обсудить какую-то конкретную разновидность плазменных двигателей? (Какую?) Или предлагаете что-то новое? (что?)

khach

А идеи в общем виде таковы- удержание плазмы с помощью ВЧ и СВЧ ( постоянные поля выполняют только вспомагательную роль).

 

А зачем вы вообще хотите удерживать плазму в плазменном двигателе столь сложным способом? Подобная необходимость может возникнуть лишь в одном случае: у вас имеется плазма очень высокой температуры и при этом заметной плотности.

Создание градиентов в плазме- плазма обжимает плазму.

Рециркуляция энергии с помощью свч излучения.

 

Т.е. использование циклотронного излучения плазмы? Но оно совсем незначительно, пока температура не достигнет миллионов градусов. Даже при сильных магнитных полях.

Создание неизотропной плазмы ( температуры отличны по координатам).

 

В принципе можно (больше того, совершенно изотропной температура плазмы, строго говоря, бывает очень редко), но - цель? Какова конечная задача?

Управление ориентацией ядерного спина ионов в плазме.

 

Нужны ОЧЕНЬ мощные поля. Практически нереально.
К тому же просто для плазменного движка совершенно не нужно, разве что для ТЯРД.

Во первых, разыскиваеться код ( фортран или матлаб) для симуляции взаимодействия плазма-ЕМ.

 

Какая плазма? Какие волны? Их же туча разновидностей.

Вообще, если по уму, то при описании поведения плазмы в движках наподобие СПД или ДАС (а также VASIMR-а) нужно аккуратно использовать кинетику. Particle in cells, ИМХО, даст хреновые результаты. Кинетика, конечно, считается тяжеловато, но можно попробовать грамотно редуцировать уравнения. Но применение кинетики для получения корректных результатов - обязательно, т.к. очень большую роль играют пристеночные явления, а их иначе не опишешь.

А вообще, у меня сложились некоторые подозрения, что вы хотите поговорить о ТЯРД, я прав?

anybody

По части плазмы, если не ошибаюсь, Fakir хороший специалист.

 

Ну какое там хороший... Право слово, anybody, преувеличиваете мои весьма скромные достоинства Хороших специалистов по плазме вообще единицы (ну, десятки) - уж слишком обширная область знаний.

Кстати, Fakir, хорошо, что khach напомнил, вам известно что-нибудь об управлении ориентацией ядерного спина ионов в плазме?

 

За счёт ориентации спинов в принципе можно увеличить сечение реакции синтеза чуть не вдвое - но для этого нужны очень сильные магнитные поля (к сожалению, не помню, какие именно), в установках с магнитным полем напряженностью вплоть до десятков тесла этот эффект, насколько мне известно, совершенно не учитывают.

Сдаётся мне, вы задачку по принципу "проси больше--- дадут сколько нужно" формулируете.

 

"Проси двугорбого верблюда - дадут одногорбого"

Вопрос не по уровню, заданному автором, но интересно...
Просьба пояснить способ создания плазмы.
В первых проектах пердполагаласу дуга, а сейчас, в действующих образцах, каким образом?

вы не могли бы уточнить, что именно вас интересует?

 

На самом деле задач есть две - одна для работы, вторая для души. Первая, тот самый "плазменный двигатель"- это источник ионизированного азота для роста нитридных полупроводников. Сейчас это конструкция на базе 13.6 Мгц плазменного источника. Планируеться сделать его на 2.4 Гига ( магнетрон от печки). Суть вопроса о симуляции- технологи немогут внятно объяснить, почему в источнике ионов от одной фирмы оно растет так, а от другой фирмы-иначе. А процесс роста надо оптимализировать - играться со скоростью ионов, степенью ионизации итд. Ну и желательно все это просимулировать перед изготовлением железа- иначе дороговато получаеться. Поэтому импульс как таковой неинтересен.
Вторая задача - это аргоновй лазер с СВЧ накачкой. Нужен весьма мощный источник ультрафиолета ( но не такой дорогой, как эксимерные лазера). Пока в этом качестве используються аргоновые лазера. Технология их изготовления доступна. Проблема одна- чтобы полчить 100 миливатт УФ света приходиться в трубу закачивать 75 киловатт электричества. И соответственно отводить это тепло. Есть идея накачивать СВЧ. По рассчетам, для тех же параметров по свету потребуеться 1-2 магнетрона от тех же печек. Но при питании постоянным током в аргонниках производиться обжатие плазменного шнура с помощью постоянного магнитного поля. При накачке СВЧ его наоборот, размажет. Опять надо симулировать.
Ну и третья, для души- действительно ТЯРД.

Вы не хотите разбираться с перегруженными математикой источниками но при этом готовы с помощью маткада численно моделировать?! Это как?

 

Разбираться один раз прийдеться, но решать систему уравнений для хитрой комбинации граничных условий аналитически- увольте. А численно, если хватит машины, из первых принципов, при наличии исходного кода, некоторые вещи весьма хорошо считаються. По крайней мере в полупроводниках это делать приходилось.

Вообще, если по уму, то при описании поведения плазмы в движках наподобие СПД или ДАС (а также VASIMR-а) нужно аккуратно использовать кинетику. Particle in cells, ИМХО, даст хреновые результаты. Кинетика, конечно, считается тяжеловато, но можно попробовать грамотно редуцировать уравнения

 

Вот это уже ближе к теме. Где можно посмотреть код PIC на фортране? Он проедназначен для аксиально-симметричных систем или полных 3D?
То, что надо учитывать газодинамику и максвелла это понятно. А каков полный набор параметров для одной элементарной ячейки меша?
Газодинамика это давление и температура, электродинамика - вектора H и E, заряд для ионов и электронов, механика- концентрация ( масса) и вектор скорости и ускорения, если считать тярд, то еще поля энерговыделения.
А газодинамические параметры разве в PIC используються?
А кинетику как учитывать? Иметь два временных среза системы и добиваться непрерывности всех параметров по времени?
Вопрос задания начальных условий?
Понятно, что прошу "целое стадо верблюдов", но вдруг хотя-бы старого ишака бог пошлет.

khach> .....Суть вопроса о симуляции- технологи немогут внятно объяснить, почему в источнике ионов от одной фирмы оно растет так, а от другой фирмы-иначе.
Ну, может, для начала нужно померить кое-какие параметры разных источников, типа:
Поперечный профиль пучка.
Распределение скоростей.
Распределение углов падения на подложку.
Процентный состав ионизированных атомов и молекул.
Процентный состав кратно ионизированных частиц.
Это первое, что приходит в голову.
khach> Вторая задача - это аргоновй лазер с СВЧ накачкой.
Нужен УФ именно когерентный?

Серокой

Просьба пояснить способ создания плазмы.
В первых проектах пердполагаласу дуга, а сейчас, в действующих образцах, каким образом?

 

В некоторых ионниках рабочее тело пропускается через пористый вольфрамовый катод - контактная ионизация (правда, не уверен, что на современных тоже так делают). Это в основном для цезия, для ртути скорее всего тоже, но не помню. Распространены и разрядные источники для ионников, называются источники типа Пеннинга. Там электроны болтаются вдоль магнитных линий между катодом и антикатодом (осциллируют туда-обратно), поэтому эффективно ионизуют рабочее тело, хотя размер камеры много меньше длины свободного пробега электрона.
В СПД и ДАС - разрядом; это не дуга как таковая, но суть та же - ионизация производится электронным ударом. Через анод напускается газ, а ионизация происходит уже в рабочем объёме.

Неплохая литература по движкам
http://publ.lib.ru/ARCHIVES/G/GRISHIN_S._D.,_LESKOV_L._V/_Grishin_S._D.,_Leskov_L._V..html
А все-таки интересно, почему забросили инерциальный конфаймент для ТЯР?
Тот же фузор или импульсные пинчи дают неплохой нейтронный поток. Конечно, энергетически они невыгодны, т.к почти вся электрическая энергия, сообщенная ионам, теряеться.
А вот теперь представим, что мы ее ( энергию) рециркулировали и использовали для следующего акта ускорения. Пусть в системе живет 10в19 ионов ( 0.1 мм рт ст). Ускоряющий потенциал примем за 10кВ. Получаеться запасенная энергия в системе 20 КДж ( ионы+электроны). Даже при эффективности 10-6 можно выйти на положительный энергетический баланс при соответстующей добротности "резонатора". Рециркуляция энергии возможна только в РЧ или СВЧ резонаторе, и такие добротности - это не за пределом техники. Зону ТЯ реакции желательно сделать маленькой, по сравнению с обьемом резонатора. Ускорять ионы, конечно, только по одной оси, чтобы не тратить энергию на все степени свободы. Те ионы, которые не прореагировали- активно тормозить и разворачивать для повторного участия в акте столкновения.
Т.е вырисовываеться высокодобротный СВЧ резонатор, в котором находиться плазма переменной плотности и "температуры". Я пректрасно понимаю, что конструирование такого устройства это кошмар любого СВЧиста, но принципиальных ограничений сделать если не реактор, то ионную ловушку без ТЯ реакции, невижу.
Уточняю, система должна иметь высокую добротность при "горящей" в ней плазме, а не до ее появления. В этом смысле весь классический аппарат рассчета СВЧ негодиться. Встречал только кое-какие наработки в области газоразрядных источников света с РЧ накачкой. Но там энергия ионов остаеться низкой- единицы-десятки эВ, никто не ставил задачу вкачать 10 кэВ.
Есть какие-либо идеи?

Не посоветуют ли уважаемые знатоки что-либо на тему описания процессов в СПД. Я имею в виду процессы в плазме, хорошо бы на живом примере.
Так уж вышло, что надо поднять на поверхность институтские курсы по газовому разряду и расчёту этого самого СПД. Давно это было...
Очень приветствуются материалы в электронном виде, английский язык читаю без проблем.
Параллельно ищу сам, но поиск порой заводит в стратосферу, хотелось бы зацепиться за что-то и от него оттолкнуться.

По СПД - могу посоветовать только бумажные издания.

Спасибо, буду признателен.
На сайтах университетов лежит либо что-то "в мягком переплёте", либо опломбировано...
Кое что, правда, нарыл, перевариваю.

Так я что-то не понял, у вас есть доступ к библиотекам хорошим? Вам нужна, пожалуй, в первую очередь книжка Морозова 78-го года (ЕМНИП, "Основы теории электрических ракетных двигателей"), можно посмотреть сборники статей начала 70-х, некоторые статьи в ЖТФ и "Физике плазмы". Вы до этого сможете докопаться?

Доступ к библиотекам есть... Только я не в России живу.
Теоретически обещают хоть на таукитайском языке книги найти. Нужны только её точные параметры.
Поиск по сочетанию "Морозов электроракетные" и "Morozov Electric Rocket Engines" вываливает минимум четверых морозовых: А.И. В.И. Е.П. О.Г. Вы не могли бы уточнить инициалы? Возможно, у московских библиотек есть сайты, на которых можно поискать. Например: Государственная публичная научно-техническая библиотека России.
Пока набрал букварей на английском, только пока всё вокруг да около.
Набрался с таких вот сайтов: Plasmadynamics & Electric Propulsion Laboratory (PEPL)
Ищу что-то типа того, что вы пишете: "Основы..."

Морозов - А.И., Алексей Иванович.