刘浩庭

摘要：扩散现象是其初始密度不均匀分布引起的，它会对物质粒子的分布状态产生影响，最终达到物质在空间均匀分布状态。本研究通过分离变量法对给定条件的粒子浓度在一维空间分布下的扩散现象的解析解进行计算，同时结合使用欧拉法利用计算物理的方法对扩散过程进行了数值模拟。通过对比理论数据与模拟实验数据对等离子体一维扩散现象进行阐释与讨论。

Abstract： The diffusion phenomenon is caused by the difference of the initial density. It affects the motion of the particles and finally make all the particles into the uniformly distribution. In this study， the analytical solution of the diffusion phenomenon of a given particle concentration in a one-dimensional space is calculated by using the method of separation of variables， and the diffusion process is simulated numerically by using the computational physics method combined with Euler's polygonal arc method. The one-dimensional plasma diffusion phenomenon is explained by comparing the theoretical data with the simulated experimental data.

關键词：一维扩散;分离变量法;欧拉法

Key words： one-dimensional diffusion;the method of separation of variables;Euler's polygonal arc method

中图分类号：O122.2                                     文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）29-0272-04

1  简介

受控热核聚变是受世人瞩目的前沿重要课题，其目的便是探索清洁可持续的新能源。其原理是两个较轻原子核在融合过程中由于质量亏损而释放出来巨大能量。通常情况下是由一个氘粒子和一个氚粒子融合成一个氦离子并释放大量能量。在核聚变研究中，等离子体的运动在很大程度上影响着整个研究过程，其中可能一个现象就是扩散过程。

扩散效应是指物质分子由于密度分布不均匀而发生离子转移，直到均匀分布的现象。扩散是由于分子、原子等粒子的热运动产生的物质迁移现象。一般情况下，扩散现象都发生在一种或几种物质于同一物态或不同物态之间，是由于不同区域之间的浓度差或温度差所引起的[2]。比方说，将两个容器中的两种气体联通。由于分子热运动，过一段时间后这两种气体就会混匀，这是两种物质的扩散。换而言之，在空间中存在一种物质，它们在初始时刻都分布在这个区域的左侧，由于密度差，这些物质就会向右扩散，逐渐充满整个区域，这是一种物质的扩散，一般发生在气体，液体，等离子体中。……