Иванов В.Е. Прохождение электронных и протонно-водородных пучков в атмосфере Земли. Апатиты, 2001.

Прохождение электронных и протонно-водородных пучков в атмосфере Земли 3. Создание эффективных вычислительных алгоритмов, устанавливающих связь между начальными параметрами потока высыпающихся е-р- Н частиц и основными характеристиками, связанными с прохождением потока авроральных частиц в атмосфере Земли. К основным характеристикам, наиболее часто используемым при решении широкого круга прямых и обратных задач в области физики полярной ионосферы, относятся: интегральные длины пробегов, характеризующие глубину проникновения в атмосферу высыпающихся частиц; нормированная функция диссипации энергии; высотные профили выделившейся в атмосфере энергии; высотные профили объемных скоростей образования компонент ионосферной плазмы в различных возбужденных состояниях. 4. Создание базы данных, включающей в себя детальный набор интегральных и дифференциальных сечений упругого и неупругого рассеяния е-р- Н частиц атмосферными газами. Решение задач, сформулированных выше в блоках 1-3, возможно только при наличии детального набора сечений рассеяния и знания их энергетической и угловой зависимости в широком диапазоне энергий и углов рассеяния. Однако необходимая информация о сечениях рассеяния содержится, как правило, в отдельных статьях или трудах конференций и представляет собой результаты измерений (или теоретических расчетов), выполненных для ограниченного набора отдельных энергий или углов рассеяния. Поэтому самостоятельной задачей данного раздела является сбор, анализ и обобщение накопленного за последние десятилетия материала о сечениях рассеяния е-р- Н частиц атомами кислорода, молекулами азота и кислорода. Обобщение данных включает в себя экстраполяцию имеющихся данных на более широкий диапазон энергий (углов), интерполирование их на промежуточные значения энергий (углов) и в итоге получение аппроксимационных выражений, которые и составляют основное содержание базы данных по сечениям рассеяния. Очевидно, что для решения сформулированных выше задач необходимо в первую очередь решить транспортную проблему для е-р- Н частиц на более высоком уровне, чем в /89,319/, а именно: а) реализовать модель переноса в рамках трехмерной модели среды; б) учесть влияние дипольного магнитного поля на траектории е-р- Н частиц; в) собрать детальный набор данных по сечениям рассеяния и представить их в форме, удобной для численной реализации транспортных алгоритмов. Для решения поставленных задач был выбран метод Монте-Карло /44,65/. При использовании данного метода в задачах переноса не требуется, вообще говоря, формулировать математическую модель в виде уравнений, аналогичных (І.І)-(І.З). Но фактически с помощью этого метода решается один из вариантов кинетического уравнения. В качестве вычислительного алгоритма была реализована наиболее наглядная и очевидная модель для статистического моделирования переноса частиц в веществе - модель "индивидуальных" соударений /1/. В основе модели "индивидуальных" соударений лежит концепция расчета траекторий частиц, когда считается, что в каждой узловой точке траектории происходит один из возможных элементарных процессов взаимодействия, после чего частица изменяет свое состояние - движется в новом направлении с новой энергией до тех пор, пока не произойдет новое столкновение и т.д. В рамках этой модели нет проблем с формулировкой дискретной модели, возможен точный учет влияния внешних полей на траекторию частицы и легко проследить за влиянием отдельного процесса на конечный результат моделирования. Более того, в иерархии моделей статистического моделирования она занимает высший уровень, а это означает, что с ее помощью можно проверять результаты расчетов по 23