Российские ученые создали набор простых аналитических методов для определения характеристик и поведения тяжелых ионов в гелии под воздействием сильного электрического поля. Эти методы значительно ускоряют моделирование плазмы, что открывает новые возможности в физике и медицине.
«Теперь расчеты характеристик ионов можно выполнить практически на калькуляторе», – отметил доцент факультета физики НИУ ВШЭ Александр Пономарев. Это приближает ученых к созданию высокоэффективных медицинских технологий, основанных на воздействии плазмы на ткани, а также к улучшению урожайности и устойчивости сельскохозяйственных культур с помощью обработки семян плазменными потоками.
Ученые подчеркивают, что плазма находит применение не только в экспериментальных термоядерных реакторах и ускорителях частиц, но и в повседневной жизни. Она используется для дезинфекции поверхностей, ускорения заживления ран, освещения и нанесения покрытий в промышленности, а также для решения множества других задач.
Чтобы эффективно применять плазму в различных областях, инженерам и ученым необходимо точно понимать поведение тяжелых ионов под действием электрических полей. Ранее для получения этих данных использовались ресурсоемкие математические методы, такие как метод Монте-Карло, который требовал нескольких часов для расчета подвижности и констант скоростей реакций одного иона при одном значении электрического поля.
Александр Пономарев и профессор МФТИ Николай Александров разработали набор аналитических формул, которые позволяют проводить эти расчеты за секунды. Они объединили классические методы и создали несколько новых подходов: один для быстрых расчетов при высоких полях, а другие для точного определения свойств ионов в широком диапазоне электрических полей.
Испытания показали, что эти методы позволяют вычислять подвижность ионов кислорода и оксида азота в атмосферной плазме с точностью 2‑7% при использовании более точных алгоритмов и до 10% при использовании наиболее быстрого метода по сравнению с методом Монте-Карло. Они также точно определяют скорость реакций заряженных частиц, что делает их применимыми для быстрого расчета свойств плазмы в различных устройствах и средах, заключили физики.
Источник: ТАСС
распечатать статью
