Stochastický přístup k řešení plazmové kinetiky.

Bc. Roman Solař

Bachelor's thesis

Stochastic approach to plasma kinetics.

Anotácia:

V této práci zkoumáme použitelnost stochastického přístupu pro simulování koncentrace částic v nízkoteplotním plazmatu. Zaměřujeme se praktické hranice použitelnosti této metody, a to především na systémy s částicemi o koncentracích velmi rozdílných řádů či systémy s reakčními koeficienty, které se v čase velmi proměňují. Abychom mohli takové modely simulovat, musíme zavést několik aproximativních metod. Zejména pak zkoumáme efekt výběru chemických reakcí s uniformní pravděpodobností na výsledky simulací velkých modelů plazmatu. Výsledky našich stochastických simulací ověřujeme proti numerickým řešením příslušných diferenciálních rovnic. Pro tyto účely jsme vytvořili simulační nástroj, implementující kinetické Monte Carlo. Text této bakalářské práce obsahuje i uživatelskou příručku ke vzniklému rozhraní, jelikož by naše implementace mohla být užitečná pro další výzkum této oblasti.

Abstract:

In this thesis, we study the applicability of the stochastic approach to model particle concentration simulation in low-temperature plasma. The main focus is put on investigating the practical limits of this method, especially when it comes to concentrations of very different orders of magnitude and time-dependent reaction coefficients. In order to make such system simulations possible, we employ several approximation techniques. In particular, we study the applicability of the equal reaction weights method to large plasma models. The stochastic simulation outcomes are then compared to results obtained from numerical solutions of the corresponding differential equations. We have created a general simulation tool to accomplish our goals, notably implementing the kinetic Monte Carlo algorithm. Our text contains a basic user manual of the corresponding interface. The tool may be helpful for further research in this area.

Keywords

Monte Carlo, nízkoteplotní plazma, stochastická simulace, metody pro snížení variace, low-temperature plasma, stochastic simulation, variance reduction techniques

Jazyk práce: English

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 24. 5. 2022

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 24. 6. 2022
• Vedúci: Mgr. Zdeněk Bonaventura, Ph.D.
• Oponent: Mgr. David Nečas, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Bachelor programme / odbor:
Physics / Physics