Вычислительная электродинамика
Работы по численному моделированию в электродинамике были начаты в Институте более 30 лет назад по инициативе А.Н.Тихонова, А.А.Самарского и В.Я.Арсенина в связи с изучением распространения электромагнитного импульса в атмосфере Земли. Они активно развиваются в настоящее время с целью математического моделирования процессов генерации электромагнитных полей при рассеянии ионизирующих излучений различного спектра и конфигурации в атмосфере и элементах технологического оборудования [126]. Созданный расчетно-методический аппарат предназначен для решения ряда важных проблем, среди которых:
* исследование трансформации и рассеяния потоков ионизирующего излучения в трехмерных многокомпонентных объектах с учетом сложной внутренней структуры и геометрии объекта, а также спектрального состава излучения от источника;
* расчет и анализ пространственного распределения потоков заряженных частиц, порождаемых ионизирующим излучением в окружающей объект среде и различных материалах конструкции;
* математическое моделирование радиационного возбуждения электромагнитных полей в различных физических условиях с учетом спектральных и временных характеристик источников ионизирующего излучения, электрофизических свойств рассеивающих сред, сложной геометрии области формирования полей, нелинейных эффектов и др.
Эти исследования приобретают особое значение в связи с ограниченными возможностями проведения натурных экспериментов. В Институте созданы адекватные математические модели и разработаны численные методы решения задач электродинамики с учетом нелинейных эффектов [127], приводящих к значительному изменению характеристик электромагнитного поля. В этих задачах необходимо решать полную систему уравнений Максвелла в многомерном случае.
Сложная пространственная структура генерируемых полей требует использования чрезвычайно подробной пространственной дискретизации при численных исследованиях (рис. 25). Это приводит к необходимости разработки параллельных алгоритмов [128], ориентированных на использование многопроцессорной вычислительной техники. В Институте созданы высокоэффективные параллельные алгоритмы решения всего комплекса сложных многомерных задач радиационного возбуждения электромагнитных полей [129].
Эти разработки используются в различных научно-исследовательских институтах для оценки параметров электромагнитных полей и исследования их влияния на окружающую среду, различные объекты и приборные комплексы.