High-performance Parallel Solver for Integral Equations of Electromagnetics Based on Galerkin Method

A new parallel solver for the volumetric integral equations (IE) of electrodynamics is presented. The solver is based on the Galerkin method which ensures the convergent numerical solution. The main features include: (i) the memory usage is 8 times lower, compared to analogous IE based algorithms, without additional restriction on the background media; (ii) accurate and stable method to compute matrix coefficients corresponding to the IE; (iii) high degree of parallelism. The solver's computational efficiency is shown on a problem of magnetotelluric sounding of the high conductivity contrast media. A good agreement with the results obtained with the second order finite element method is demonstrated. Due to effective approach to parallelization and distributed data storage the program exhibits perfect scalability on different hardware platforms.Comment: The main results of this paper were presented at IAMG 2015 conference Frieberg, Germany. 28 pages, 11 figure

Luminescence decay kinetics of yttrium aluminium garnet phosphor at different temperature

The temperature dependence of the luminescence decay for a series of SDL YAG:Ce phosphors is investigated. Luminescence quenching excited by chip under heat-treatment is observed. The dependence of temperature on thermal luminescent intensity at elevated temperature (range from room temperature to 200°C) was tested. Noticeable luminescence quenching of SDL 2700 phosphor is observed at temperatures above 50°C, and by increasing temperature up to 200°C, the luminescence intensity decreases 5 times. Compare with sdl2700 phosphor, the temperature quenching of sdl3500 and sdl4000 phosphors is much lower. The investigated phosphors differ in the content of Gd3+. An explanation of the observed effects is proposed

Axially symmetric magnetic mirror traps. Recent progress in plasma confinement and heating

New results of studies of plasma heating and confinement in the axisymmetric mirror traps are presented. It is shown that due to excitation of the instability at the bounce frequency (bounce instability) the effects of multi-mirror confinement can observed even at the densities by two-three-orders of magnitude lower than those predicted by the Budker, Mirnov and Ryutov theory (GOL-3 facility). This effect makes the multi-mirror reactor more realistic. A small size mirror cell was incorporated with the gas dynamic trap (GDT). Due to the transverse injection of two neutral beams (ENB=20 keV) ion hot plasma was obtained in the compact mirror cell. As a result of that the plasma flux to the end wall decreased by 5 times. Besides, the threshold of the Alfven ion cyclotron instability (AIC) was determined in the same experiment with accumulation of fast ions in the compact cell. It follows from this experiment that in the GDT based neutron source the AIC instability will not excite in spite of anisotropic plasma.Представлено останні результати по утриманню плазми в вісесиметричних магнітних пастках. Показано, що завдяки порушенню нестійкості на замкнених частках (bounce instability) багатопробпробкове утримання плазми може спостерігатися при щільностях на два – три порядки більш низьких, ніж завбачається теорією Будкера, Мирнова і Рютова (ГОЛ-3). Цей ефект робить багатопробковий термоядерний реактор більш реалістичним. Невеликий пробкотрон було приєднано до газодинамічної пастки (ГДП). При поперечній інжекції нейтральних пучків (Е=20 кеВ, W = 1 МВт) у пробкотроні була отримана іонно-гаряча плазма. Внаслідок потік плазми, що витікає з ГДЛ, був подавлений у 5 разів. Крім того, вдалося визначити поріг нестійкості на швидких анізотропних іонах та ідентифікувати порушення альфвенівської іонно-циклотронної нестійкості. З отриманих даних витікає, що небезпеки порушення цієї нестійкості в нейтронному джерелі на основі ГДП не існує.Представлены последние результаты по удержанию плазмы в осесимметричных магнитных ловушках. Показано, что благодаря возбуждению неустойчивости на запертых частицах (bounce instability) многопробочное удержание плазмы может наблюдаться при плотностях на два – три порядка более низких по сравнению с предсказываемыми теорией Будкера, Мирнова и Рютова (ГОЛ-3). Этот эффект делает многопробочный термоядерный реактор более реалистичным. Небольшой пробкотрон был присоединен к газодинамической ловушке (ГДЛ). При поперечной инжекции нейтральных пучков (Е = 20 кэВ, W = 1 МВт) в пробкотроне была получена ионно-горячая плазма. В результате поток плазмы, вытекающей из ГДЛ, был подавлен в 5 раз. Кроме того, удалось определить порог неустойчивости на быстрых анизотропных ионах и идентифицировать возбуждение альфвеновской ионно- циклотронной неустойчивости. Из полученных данных следует, что опасности возбуждения этой неустойчивости в нейтронном источнике на основе ГДЛ не существует

Status of modern mirror studies in Novosibirsk

Mirrors have a number of advantages in comparison with the closed magnetic systems like tokamak, stellarator, etc. In principle, mirrors are very attractive from the engineering point of view, if the plasma confined in axisymmetric magnetic systems would be MHD stable. At present, the MHD stabile confinement has already been demonstrated for all axisymmetric traps designed in Novosibirsk for the value of β value as high as 0.4. Some important results were obtained recently in the GOL- 3and GDT experiments. In the paper, the status of two mirror traps in Novosibirsk is presented and description of the main experimentsis given.Відкриті магнітні пастки мають ряд переваг у порівнянні з замкнутими магнітними системами, подібними токамаку, стелларатору і т.д. У принципі, відкриті системи досить привабливі з інженерної точки зору, якщо плазма утримується в осесиметричній магнітній конфігурації, залишаючись МГД стійкої. В даний час МГД стійке утримання вже продемонстроване для осесиметричних пасток, досліджуваних у Новосибірську, аж до величини β=0.4. Важливі результати отримані недавно на установці ГОЛ-3 і в експериментах з газодинамічною пасткою ГДЛ. У даній роботі представлений стан робіт на двох магнітних пастках у Новосибірську і приведені результати основних експериментів.Открытые магнитные ловушки имеют ряд преимуществ по сравнению с замкнутыми магнитными системами, подобными токамаку, стелларатору и т.д. В принципе, открытые системы весьма Problems of Atomic Science and Technology. 2005. № 1. Series: Plasma Physics (10). P. 7-11 привлекательны с инженерной точки зрения, если плазма удерживается в осесимметричной магнитной конфигурации, оставаясь МГД устойчивой. В настоящее время МГД устойчивое удержание уже продемонстрировано для осесимметричных ловушек, исследуемых в Новосибирске, вплоть до величины β =0.4. Важные результаты получены недавно на установке ГОЛ-3 и в экспериментах с газодинамической ловушкой ГДЛ. В данной работе представлено состояние работ на двух магнитных ловушках в Новосибирске и приведены результаты основных экспериментов

Open ended axially symmetric systems. Results and perspectives

Significant progress of the simplest axisymmetric magnetic systems for plasma confinement and heating is described. Two of such systems are presented in this paper: multi mirror (GOL-3) and gas dynamic (GDT) traps. In the GOL-3 case the temperatures Te ≈ Е ≈ 2 keV were obtained in a dense (of order of 10²¹m⁻³) plasma and the maximum value of nIJE ≈ 2·10¹⁸m⁻³s was achieved. Any physical limitations which could prevent from further grow of plasma parameters did not find out. The most important results obtained in the experiments on GDT are described. A new step (GDT-U) has been prepared and the first preliminary experiments with quasi-stationary plasma heating have started. According to calculations, the parameters of the GDT-U should demonstrate the feasibility of “moderate” (0.5 MW/m²) 14 MeV neutron source for structural materials tests of fusion reactor

Comparing Three Approaches to the Inducing Source Setting for the Ground Electromagnetic Field Modeling due to Space Weather Events

Ground-based technological systems, such as power grids, can be affected by geomagnetically induced currents (GIC) during geomagnetic storms and magnetospheric substorms. This motivates the necessity to numerically simulate and, ultimately, forecast GIC. The prerequisite for the GIC modeling in the region of interest is the simulation of the ground geoelectric field (GEF) in the same region. The modeling of the GEF in its turn requires spatiotemporal specification of the source which generates the GEF, as well as an adequate regional model of the Earth’s electrical conductivity. In this paper, we compare results of the GEF (and ground magnetic field) simulations using three different source models. Two models represent the source as a laterally varying sheet current flowing above the Earth. The first model is constructed using the results of a physics-based 3-D magnetohydrodynamic (MHD) simulation of near-Earth space, the second one uses ground-based magnetometers’ data and the Spherical Elementary Current Systems (SECS) method. The third model is based on a “plane wave” approximation which assumes that the source is locally laterally uniform. Fennoscandia is chosen as a study region and the simulations are performed for the September 7–8, 2017 geomagnetic storm. We conclude that ground magnetic field perturbations are reproduced more accurately using the source constructed via the SECS method compared to the source obtained on the basis of MHD simulation outputs. We also show that the difference between the GEF modeled using laterally nonuniform source and plane wave approximation is substantial in Fennoscandia.publishedVersio

Axisymmetric open magnetic systems for plasma confinement

At present, three modern types of different mirror machines for plasma confinement and heating exist in Novosibirsk (Gas Dynamic Trap, -GDT, Multi-mirror, - GOL-3, Tandem Mirror, -AMBAL-M). All these systems are attractive from the engineering point of view because of very simple axisymmetric geometry of magnetic configurations. In this paper, the status of different confinement systems is presented. The experiments most crucial for the mirror concept are described such as a demonstration of different principles of suppression of electron heat conductivity (GDT, GOL-3), finding of MHD stable regimes of plasma confinement in axisymmetric geometric of magnetic field (GDT, AMBAL-M), an effective heating of dense plasma by relativistic electron beam (GOL-3), observation of radial diffusion of quiescent plasma with practically classical diffusion coefficient (AMBAL-M), etc. The main plasma parameters achieved in mentioned above systems are presented

Magnetic mirrors: history, results, and future prospects

The evolution of open traps brought them from simple solenoids to highly sophisticated and huge tandem mirrors with quadrupole magnetic stabilizers. They tried to compete with toroidal devices using ambipolar confinement and thermal barriers, but were too late and failed, and are almost extinct. A side branch of open traps went for simplicity and good fast-ion confinement inherent in axially symmetric mirrors. Since simplicity means lower cost of construction and servicing, and lower engineering and materials demands, such type of traps might still have an edge. Axially symmetric mirrors at the Budker Institute of Nuclear Physics in Novosibirsk currently represent the frontline of mirror research. We discuss recent experimental results from the multiple-mirror trap, GOL-3 [1], and the gas-dynamic trap, GDT [2]. The next step in this line of research is the GDMT program that will combine the GDT-style fast-ion-dominated central mirror with multiple-mirror end plugs. This superconducting device will be modular and built in stages. The first stage, GDMT-T, will be based on 5m, 7T superconducting solenoid (multiple-mirror plug of the full device). Its 3-year scientific program is oriented primarily on PMI studies.Эволюция открытых ловушек привела их от простых соленоидов к сложнейшим тандемным ловушкам с квадрупольными стабилизаторами. Они вступили в конкуренцию с токамаками, используя амбиполярное удержание и термобарьеры, но проиграли, и сейчас близки к полному исчезновению. Боковая ветвь открытых ловушек осталась осесимметричной и сохранила простоту и хорошее удержание быстрых ионов. Поскольку простота конструкции означает меньшую стоимость строительства и обслуживания, и меньшие требования к конструкционным материалам, такие ловушки по-прежнему жизнеспособны. Осесиммет- ричные ловушки Института ядерной физики им. Будкера в настоящее время являются наиболее передовыми в мире. Мы обсуждаем свежие экспериментальные результаты многопробочной ловушки ГОЛ-3 [1] и газодинамической ловушки ГДЛ [2]. Следующий шаг на этом пути – программа ГДМЛ, которая совместит центральный пробкотрон с плещущимися ионами в стиле ГДЛ с многопробочными секциями для подавления продольных потерь. Эта сверхпроводящая установка будет модульной и будет строиться поэтапно. Первый этап, ГДМЛ-Т, основан на пятиметровом сверхпроводящем соленоиде концевой многопробочной секции с полем 7 Тл. Трёхлетняя научная программа ГДМЛ-Т нацелена на исследование взаимодействия диверторной плазмы с металлами.Еволюція відкритих пасток привела їх від простих соленоїдів до найскладніших тандемних пасток з квадрупольними стабілізаторами. Вони вступили в конкуренцію з токамаками, використовуючи амбіполярне утримання та термобар’єри, але програли і зараз близькі до повного зникнення. Бічна гілка відкритих пасток залишилася осесиметричною і зберегла простоту і гарне утримання швидких іонів. Оскільки простота конструкції означає меншу вартість будівництва і обслуговування, і менші вимоги до конструкційних матеріалів, такі пастки, як і раніше, життєздатні. Осесиметричні пастки Інституту ядерної фізики ім. Будкера в даний час є найбільш передовими в світі. Ми обговорюємо свіжі експериментальні результати багатопробочної пастки ГОЛ-3 [1] і газодинамічної пастки ГДЛ [2]. Наступний крок на цьому шляху − програма ГДМЛ, яка поєднає центральний пробкотрон з іонами, що плескаються, у стилі ГДЛ багатопробочними секціями для придушення поздовжних втрат. Ця надпровідна установка буде модульною і буде будуватися поетапно. Перший етап, ГДМЛ-Т, заснований на п’ятиметровому надпровідному соленоїді кінцевої багатопробочної секції з полем 7 Тл. Трирічна наукова програма ГДМЛ-Т націлена на дослідження взаємодії диверторноі плазми з металами

Уровень гормонов коры надпочечников и щитовидной железы в ранние сроки ожогового шока

The results of investigation the level of hormones of the adrenal and thyroid glands are reflected in the article: there are hydrocortisone, aldosterone, thyroxine, triiodthyronine during 24 hours of burn shock. The study testify an increase in the level of of glucocorticoids in the blood at the same time decrease in the level of the thyroid hormons.В статье отражены результаты исследования уровня гормонов надпочечников и щитовидной железы: кортизола, альдостерона, тироксина, трийодтиронина в течение 24 часов ожогового шока. Данные работы свидетельствуют об увеличении уровня содержания глюкокортикоидов в крови с одновременным снижением уровня тиреоидных гормонов

Preliminary Results of Marine Electromagnetic Sounding with a Powerful, Remote Source in Kola Bay off the Barents Sea

We present an experiment conducted in Kola Bay off the Barents Sea in which new, six-component electromagnetic seafloor receivers were tested. Signals from a powerful, remote super-long wave (SLW) transmitter at several frequencies on the order of tens Hz were recorded at the six sites along a profile across Kola Bay. In spite of the fact that, for technical reasons, not all the components were successfully recorded at every site, the quality of the experimental data was quite satisfactory. The experiment resulted in the successful simulation of an electromagnetic field by the integral equation method. An initial geoelectric model reflecting the main features of the regional geology produced field values that differed greatly from the experimental ones. However, step-by-step modification of the original model considerably improved the fit of the fields. Thereby specific features of the regional geology, in particular the fault tectonics, were able to be corrected. These preliminary results open the possibility of inverse problem solving with more reliable geological conclusions