Stuttgart 2012 – wissenschaftliches Programm

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P: Fachverband Plasmaphysik

P 9: Simulationsverfahren/Theorie/Modellierung

P 9.5: Vortrag

Dienstag, 13. März 2012, 15:35–15:50, V57.01

Gitterfreie Tree-Code Simulationen des Plasma-Wand Übergangbereichs — •Benjamin Berberich¹, Detlev Reiter¹ und Paul Gibbon² — ¹Institut für Energie und Klimaforschung-4, Forschungszentrum Juelich, 52428, Germany. — ²Institute for Advanced Simulation, JSC, FZ Juelich,.

Die in Laser-Plasma Anwendungen bereits etablierte gitterfreie Methode der Tree-Codes wird hier für spezielle Probleme der Plasma-Wandwechselwirkung umformuliert. Um die selbstkonsistente elektrostatische Schicht vor materiellen Plasmabegrenzungen in die Teilchensimulation einzubeziehen, verwenden wir ein engmaschiges Netz aus unbeweglichen Ladungsträgern zur Beschreibung der Wand. Zur Verifikation des Ansatzes werden kinetische Eigenschaften wie etwa Geschwindigkeitsverteilungen im wandnahen Bereich mit existierenden, analytischen Lösungen verglichen. Das Simulationsmodell wird dann eingesetzt, schichtrelevante Größen wie Wärmetransmissionskoeffizienten und Sputter-Raten zu berechnen. Vergleiche zwischen den so erzielten Ergebnissen und Näherungsmodellen zeigen bereits für 1D Probleme signifikante Abweichungen für normierte Sputter-Raten. Dabei ist der Fokus besonders auf den Temperaturbereich nahe der Schwellenenergie für Erosionsprozesse in den hochwärmebelasteten Bauteilen von Fusionsexperimenten gerichtet. Beispielsweise liefert die meist angesetzte verschobene Maxwellverteilung an der Kante der elektrostatischen Schicht für das Wasserstoff-Sputtern auf Beryllium eine um etwa das doppelte gegenüber der vollkinetischen Simulation überschätzte Rate.