Анализ концепции построения и исследования фазовых портретов экспериментальных и модельных распределений параметров низкотемпературной плазмы

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью разработки новых подходов к анализу и интерпретации модельных и экспериментальных распределений параметров низкотемпературной плазмы термоэмиссионного диода и создания критериев (функционалов), которые позволяют получать количественные оценки при проведении вычислительного эксперимента верификации модели. Цель работы: описание и обоснование концепции (алгоритма) обработки экспериментальных и вычисление неизмеряемых распределений параметров низкотемпературной плазмы и конструирование функционалов, позволяющих получать количественные оценки верификации модели. Методы исследования: аппроксимация экспериментальных данных и их экстраполяция в приэлектродных областях межэлектродного зазора, где невозможно проводить измерения. Построение фазовых портретов модельных и экспериментальных распределений параметров плазмы. Результаты: Сформулирована и проанализирована концепция построения и исследования фазовых портретов экспериментальных и модельных параметров низкотемпературной цезиевой плазмы в термоэмиссионном диоде на плоскостях плотность плазмы - плотность ионного тока, температура электронов - плотность энергии электронов и др. На основе анализа фазовых портретов параметров плазмы предложены функционалы, позволяющие оценить отклонение состояния токонесущей плазмы от состояния термодинамического равновесия. Для модельных распределений параметров плазмы проанализировано поведение этого функционала для плотности плазмы и температуры электронов. Показана возможность формулировать и проверять гипотезы о механизмах физических процессов в плазме на основе анализа фазовых портретов параметров плазмы.

Relevance of the work is caused by the need to develop new approaches to analysis and interpretation of model and experimental parameter distributions of low-temperature plasma of thermionic diode and to establish criteria (functionals) which allow obtaining quantitative estimates at model verification computer simulation. The main aim of the study: description and justification of the concept (algorithm) for processing experimental and calculation non-measurable parameter distributions of low-temperature plasma and design of functionals, which allow obtaining quantitative estimates of model verification. The methods used in the study: experimental data approximation and extrapolation in electrode sheath of a interelectrode gap, where it is impossible to carry out measurements; construction of phase portraits for model and experimental distributions of plasma parameters. The results: The author has stated and analyzed the concept of constructing and studying phase portraits of experimental and model parameters of low-temperature cesium plasma in thermionic diode on the planes plasma density - ion current density, electron temperature - electron energy density etc. Based on the analysis of the phase portraits of the plasma parameters the functionals were proposed. They allow estimating deviation in current-carry plasma state from thermodynamic equilibrium state. The behavior of this functional for plasma density and electron temperature was analyzed for model distributions of plasma parameters. The paper demonstrates the possibility to state and to test hypotheses on mechanisms of physical processes in plasma based on the analysis of plasma parameter phase portraits.