Физики из НИУ ВШЭ и МФТИ предложили набор аналитических методов, которые в тысячи раз сокращают время вычислений параметров ионов в газе под действием электрического поля. Работа опубликована в научном журнале Physica Scripta.
В пресс-службе ВШЭ уточнили, что плазма, которую часто называют четвертым состоянием вещества, окружает нас повсюду — от обычных ламп дневного света до сложнейших установок для ядерного синтеза — токамаков. Однако особенно перспективны так называемые атмосферные плазменные струи: их уже применяют для обеззараживания ран и рабочих поверхностей, а также для стимуляции роста семян сельскохозяйственных культур. Чтобы струя давала нужный эффект, ученым приходится досконально просчитывать ее состав, а для этого нужны данные о подвижности ионов и скорости их реакций.
Традиционно эти характеристики добывают с помощью ресурсоемкого метода Монте-Карло. Для одного иона и одного значения поля расчет может занять несколько часов, а в сложных случаях — несколько суток. Доцент факультета физики НИУ ВШЭ Александр Пономарев и профессор МФТИ Николай Александров модифицировали и объединили классические подходы, создав простые формулы.
Простейший вариант работает при мощных полях (свыше 60 Тд), а уточненный метод применим во всем диапазоне. Проверка показала: в сильных полях погрешность расчета подвижности ионов не превышает 10% для простого метода и 2–7% для уточненного. Что касается скоростей реакций, которые могут менять свои значения в сотни и тысячи раз, отклонение от эталонного метода Монте-Карло составило не более чем в два раза. По мнению ученых, выигрыш во времени настолько велик, что вполне оправдывает эту небольшую потерю в точности.
Наши методы сводят нахождение характеристик ионов практически до вычислений на калькуляторе. Такой качественный скачок в работе с плазмой должен значительно продвинуть большие проекты с гуманитарными целями. Ускорение вычислений делает нас ближе к высокоэффективной медицине, основанной на воздействии плазмы на живые ткани организма, и к повышению урожайности и стойкости сельскохозяйственных культур благодаря своевременной обработке семян плазменными струями. Я очень надеюсь, что наши исследования помогут в борьбе с болезнями и в какой-то мере решат проблему голода в глобальном масштабе.
Ранее ученые раскрыли механизм «протонной магистрали» в живых системах.