Advanced techniques of computer modelling in low- and high-temperature plasma physics

Abstract

This thesis identifies the obstacles in efficient modelling of interaction of plasma and solid surfaces. It presents an enhanced method of solving the Poisson equation optimized to meet the requirements of the Particle-in-Cell modelling approach. A number of applications are discussed, including models of the plasma-facing wall of the nuclear fusion device, tokamak, and its interaction with particle fluxes driven by the intrinsic magnetic field. Another area of applications covers the modelling of plasma probes deployed to diagnose properties of plasma in various experiments. The thesis also includes the computer library code and instructions enabling a rapid use of the Poisson solver method in a third party computer code which implements the PIC approach in a compatible manner.

Tato práce identifikuje překážky účinnému modelování interakce plazmatu a povrchů pevné látky. Představuje vylepšenou metodu řešení Poissonovy rovnice optimalizované tak, aby splňovala požadavky částicového modelování metodou Particle-in-Cell. Práce zahrnuje množství aplikací včetně modelů stěny zařízení umožňujícího řízenou jadernou fúzi, tokamaku, a její interakce s toky částic usměrňovanými magnetickým polem. Další oblast aplikací shrnuje modelování sond diagnostikujících vlastnosti plazmatu v různých typech experimentů. Přílohou práce je též programový kód počítačové knihovny umožňující rychlé využití řešiče Poissonovy rovnice v dalších programech implementujících metodu Particle-in-Cell kompatibilním způsobem.