کتاب شبیه‌سازی‌های ژیروکینتیک پیش‌بینی‌کننده: رویکرد نوین به طراحی راکتورهای همجوشی

📚 کتاب آموزشی جامع

📚 اطلاعات کتاب

عنوان کتاب: کتاب شبیه‌سازی‌های ژیروکینتیک پیش‌بینی‌کننده: رویکرد نوین به طراحی راکتورهای همجوشی

موضوع کلی: همجوشی هسته‌ای و فیزیک پلاسما

موضوع میانی: مدل‌سازی و شبیه‌سازی پیشرفته پلاسما برای همجوشی

📋 سرفصل‌های کتاب (100 موضوع)

• 1. مقدمه‌ای بر انرژی همجوشی هسته‌ای
• 2. مبانی فیزیک پلاسما: حالت چهارم ماده
• 3. میدان‌های مغناطیسی و حرکت ذرات باردار
• 4. مفهوم حبس مغناطیسی پلاسما
• 5. توکامک‌ها: طراحی و اصول کار
• 6. استلراتورها: رویکردی جایگزین برای حبس
• 7. تعادل پلاسما و معادله گراد-شفرانوف
• 8. مقدمه‌ای بر مدل‌های سیالی: مگنتوهیدرودینامیک (MHD)
• 9. ناپایداری‌های MHD و محدودیت‌های عملکرد
• 10. گرمایش پلاسما: روش‌های اهمی، موجی و تزریق ذرات
• 11. سوخت‌رسانی به راکتورهای همجوشی
• 12. نیاز به مدل‌های فراتر از سیال: رویکرد کینتیک
• 13. تابع توزیع ذرات و فضای فاز
• 14. معادله بولتزمن و ولاسوف: توصیف کینتیک پلاسما
• 15. برخوردها در پلاسما و عملگر فوکر-پلانک
• 16. مقیاس‌های زمانی و مکانی در فیزیک پلاسما
• 17. محدودیت‌های شبیه‌سازی مستقیم کینتیک: چالش محاسباتی
• 18. مقدمه‌ای بر مدل‌های کاهش‌یافته: ضرورت ژیروکینتیک
• 19. فرضیه ژیروکینتیک: جداسازی حرکت سریع ژیروسکوپی
• 20. متوسط‌گیری ژیروسکوپی (Gyroaveraging)
• 21. معادلات حرکت مرکز ژیروسکوپی
• 22. استخراج معادله ژیروکینتیک ولاسوف
• 23. معادلات میدان ژیروکینتیک: پواسون و آمپر
• 24. قوانین بقا در مدل ژیروکینتیک
• 25. ناپایداری‌های میکرو: منشأ آشفتگی در پلاسما
• 26. مُد گرادیان دمای یون (ITG)
• 27. مُد الکترون به دام افتاده (TEM)
• 28. جریان‌های زونال و نقش آن‌ها در تنظیم آشفتگی
• 29. رویکرد خطی و غیرخطی در شبیه‌سازی‌های ژیروکینتیک
• 30. مدل‌های الکترواستاتیک در مقابل الکترومغناطیسی
• 31. مقدمه‌ای بر روش‌های عددی برای شبیه‌سازی پلاسما
• 32. روش ذره در سلول (Particle-in-Cell - PIC)
• 33. روش‌های حل مستقیم معادله ولاسوف (Continuum Solvers)
• 34. شبیه‌سازی‌های δf (دلتا-اف): مدل‌سازی اغتشاشات
• 35. مزایا و محدودیت‌های رویکرد δf
• 36. پیاده‌سازی عددی و مفهوم وزن ذرات در δf
• 37. شبیه‌سازی‌های full-f: مدل‌سازی کل تابع توزیع
• 38. چرا به شبیه‌سازی‌های full-f نیاز داریم؟ تکامل پروفایل‌ها
• 39. چالش‌های شبیه‌سازی full-f: نویز عددی و پایستگی
• 40. مقایسه جامع رویکردهای δf و full-f
• 41. معادلات ژیروکینتیک full-f شامل منابع و چاه‌ها
• 42. طرح‌های عددی پیشرفته برای شبیه‌سازی‌های full-f
• 43. تکنیک‌های کاهش نویز در شبیه‌سازی‌های full-f
• 44. مدل‌سازی عملگرهای برخورد در کدهای ژیروکینتیک
• 45. شرایط مرزی در شبیه‌سازی‌های ژیروکینتیک: هسته و لبه
• 46. شبیه‌سازی‌های سراسری (Global) در مقابل محلی (Flux-Tube)
• 47. مفهوم شبیه‌سازی پیش‌بینی‌کننده (Predictive Simulation)
• 48. گذار از شبیه‌سازی‌های تفسیری به پیش‌بینی‌کننده
• 49. ترابرد نئوکلاسیک: اثرات برخورد در هندسه چنبره‌ای
• 50. ترابرد آشفته: عامل اصلی اتلاف انرژی
• 51. تلفیق مدل‌های ترابرد نئوکلاسیک و آشفته
• 52. مدل‌سازی منابع گرمایش خارجی در معادلات full-f
• 53. مدل‌سازی منابع سوخت‌رسانی (تزریق گاز و قرص)
• 54. مدل‌سازی چاه‌های انرژی: تلفات تابشی
• 55. مدل‌سازی چاه‌های ذرات: تبادل بار و فیزیک اتمی
• 56. برهم‌کنش آشفتگی و پروفایل‌های در حال تکامل
• 57. تکامل خودسازگار پروفایل‌های دما و چگالی
• 58. تکامل خودسازگار پروفایل چرخش پلاسما
• 59. ترابرد تکانه و منشأ چرخش ذاتی
• 60. پلاسماهای چندگونه‌ای: مدل‌سازی ناخالصی‌ها
• 61. ذرات پرانرژی (آلفا و NBI) و تأثیر آن‌ها بر پلاسما
• 62. مدل‌سازی ژیروکینتیک ذرات پرانرژی
• 63. مقدمه‌ای بر برهم‌کنش پلاسما-دیواره (PWI)
• 64. شبیه‌سازی لایه خراشیده (Scrape-Off Layer - SOL)
• 65. محاسبات با کارایی بالا (HPC) برای ژیروکینتیک
• 66. راهبردهای موازی‌سازی در کدهای شبیه‌سازی
• 67. الگوریتم‌های پیشرفته گام‌زمانی: صریح و ضمنی
• 68. صحت‌سنجی (Verification): آیا کد معادلات را درست حل می‌کند؟
• 69. اعتبارسنجی (Validation): مقایسه شبیه‌سازی با آزمایش
• 70. فرآیند یکپارچه صحت‌سنجی و اعتبارسنجی (V&V)
• 71. استفاده از شبیه‌سازی‌ها برای تفسیر داده‌های تجربی
• 72. کاربرد شبیه‌سازی‌های پیش‌بینی‌کننده در طراحی سناریو
• 73. بهینه‌سازی عملکرد پلاسما در دستگاه‌های موجود
• 74. طراحی راهبردهای گرمایش و رانش جریان
• 75. نقش شبیه‌سازی در طراحی راکتورهای آینده (ITER و DEMO)
• 76. کاوش رژیم‌های حبس جدید با استفاده از شبیه‌سازی
• 77. چالش‌های شبیه‌سازی‌های full-f الکترومغناطیسی
• 78. برهم‌کنش‌های چندمقیاسی: از میکرو تا ماکرو
• 79. ادغام کدهای ژیروکینتیک با مدل‌های MHD
• 80. مدل‌سازی یکپارچه (Integrated Modeling)
• 81. جریان‌های کاری شبیه‌سازی برای طراحی راکتور
• 82. یادگیری ماشین برای شتاب‌دهی به شبیه‌سازی‌های ژیروکینتیک
• 83. استفاده از مدل‌های جایگزین (Surrogate Models) مبتنی بر هوش مصنوعی
• 84. شبیه‌سازی لبه پلاسما و دیورتر
• 85. اثرات سینتیک الکترون‌ها در شبیه‌سازی‌های full-f
• 86. مدل‌سازی ناپایداری‌های ناشی از ذرات پرانرژی
• 87. توسعه عملگرهای برخورد پیشرفته و غیرخطی
• 88. اثرات هندسه سه-بعدی استلراتور در شبیه‌سازی‌ها
• 89. تحلیل پایداری و حالت‌های اشباع غیرخطی
• 90. شبیه‌سازی رویدادهای گذرا مانند ELMs
• 91. مدیریت داده‌های عظیم حاصل از شبیه‌سازی‌های سراسری
• 92. ابزارهای پس‌پردازش و بصری‌سازی نتایج
• 93. مقایسه نتایج کدهای ژیروکینتیک مختلف (Benchmarking)
• 94. چالش‌های باز در شبیه‌سازی‌های ژیروکینتیک full-f
• 95. روند آینده در مدل‌سازی پیش‌بینی‌کننده پلاسما
• 96. خلاصه دوره و چشم‌انداز انرژی همجوشی