Email this article 
NUMERICAL SOLUTION OF THE IONIZATION EQUATIONS BY STEP FRACTIONS
- Authors: Gavrikov M.B1, Tayursky A.A1
-
Affiliations:
- Keldysh Institute of Applied Mathematics of the Russian Academy of Sciences
- Issue: Vol 64, No 8 (2024)
- Pages: 1398-1408
- Section: General numerical methods
- URL: https://ruspoj.com/0044-4669/article/view/665028
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0044466924080058
- EDN: https://elibrary.ru/YAWELK
- ID: 665028
Cite item
Open Access
Access granted
Subscription Access
Abstract
The fractional steps method is applied to solve electron-ion plasma ionization equations involving neutrals, with a focus on processes in stationary plasma thrusters (SPT). The approach is based on splitting by physical processes: plasma evolution is represented as a superposition of pure transport in an external field in phase space followed by ionization. The particle-in-cell method is used for calculating transport. In the case of planar symmetry, the ionization process is calculated using explicit analytical formulas. The derived formulas of the fractional steps method are compared with the numerical solution of the plasma evolution equation through a well-known physical ionization model.
About the authors
M. B Gavrikov
Keldysh Institute of Applied Mathematics of the Russian Academy of Sciences
Email: mbgavrikov@yandex.ru
Moscow, Russia
A. A Tayursky
Keldysh Institute of Applied Mathematics of the Russian Academy of Sciences
Email: tayurskiy2001@mail.ru
Moscow, Russia
References
- Морозов А.И. Физические основы космических электрореактивных двигателей. М.: Атомиздат, 1978.
- Морозов А.И. Введение в плазмодинамику. М.: Физматлит, 2006. 576 с.
- Козубский К.Н., Мурашко В.М., Рылов В.П., Трифонов Ю.В., Ходенко В.П., Ким В.П., Попов Г.А., Обухов В.А. СПД работает в космосе // Физика плазмы. 2003. Т. 29. № 3. С. 277—792.
- Kim V., Kozubsky K.N., Murashko V.M., Semenkin A.V. History of the Hall Thrusters Development in USSR // Paper IEPC-2007-142. 30th International Electric Propulsion Conference. September 17—20, 2007. Florence. Italy.
- Ким В.П., Семенкин А.В., Хартов С.А. Конструктивные и физические особенности двигателей с замкнутым дрейфом электронов. М.: Изд-во МАИ, 2016. 160 с.
- Mitrofanova O.A., Gnizdor R.Yu., Murashko V.M., Koryakin A.I., Nesterenko A.N. New Generation of SPT-100. 32nd International Electric Propulsion Conference, Wiesbaden, Germany. September 11—15, 2011, 7 p. IEPC-2011-041.
- Garrigues L., Heron A., Adam J.C., Boeuf J.P. Hybrid and Particle-In-Cell Models ofa Stationary Plasma Thruster // Plasma Source Sci. Technol. 9 .2000. Р.219-226.
- Morozov A.I., Savelyev V.V. Fundamentals of Stationary Plasma Thruster Theory // Reviews of Plasma Physics. P. 203-391.
- Морозов А.И. Эффект пристеночной проводимости в хорошо замагниченной плазме // ПМТФ. 1968. № 3. С. 19-23.
- Волков Б.И., Якунин С.А. Математические задачи плазмооптики. М.: Знание, 1982. 64 с. Новое в жизни, науке, технике. Сер. “Математика, кибернетика”; № 11.
- Быков А.А., Попов В.Ю., Свешников А.Г., Якунин С.А. Внутренние переходные слои потенциала в сильно замагниченной плазме // Матем. моделирование. Т. 1. № 6. 1989. С. 33-47.
- Свешников А.Д., Якунин С.А. Математическое моделирование нестационарных процессов в плазмооптических системах// Ж.вычисл.матем. и матем. физ. 1983. Т. 23. № 5. С. 1141-1157.
- Яненко Н.Н. Метод дробных шагов решения многомерных задач математической физики. Новосибирск: Наука, 1967.
- Самарский А.А. Теория разностных схем. М.: Наука, 1977.
- Климонтович Ю.Л. Статистическая теория открытых схем. М.: ТОО Янус, 1995. 624 с.
- Гавриков М.Б., Таюрский А.А. Гибридная модель стационарного плазменного двигателя // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2021. № 35. 48 с.
- Сигов Ю.С. Вычислительный эксперимент: мост между прошлым и будущим физики плазмы. Избранные труды / Сост. Г.И. Змиевская, В.Д. Левченко. М.: Физматлит, 2001. 288 с.
- Халмош П. Теория меры. М.: Иностр.лит., 1953. 291 с.
- Арсеньев А.А. Лекции о кинетических уравнениях. М.: Наука, 1992. 216 с.
- Березин Ю.А., Вшивков В.А. Метод частиц в динамике разреженной плазмы. Новосибирск: Наука, 1980. 95 с.
- Хокни Р., Иствуд Дж. Численное моделирование методом частиц. М.: Мир, 1987. 640 с.
- Бэдсел Ч., Ленгдон А. Физика плазмы и численное моделирование. М.: Энергоатомиздат, 1989. 452 с.
- Гавриков М.Б., Таюрский А.А. Аналитическое решение смешанных задач для уравнений одномерной ионизации в случае постоянных скоростей атомов и ионов // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2023. № 30. 36 с.
Supplementary files
