Development and verification of a simulation code for plasma - wall interaction

Questo lavoro è incentrato sulla verifica dei metodi numerici per la scrittura di codici di calcolo, con lo scopo di ottenere strumenti affidabili per il trattamento di problemi fisici. Un codice è verificato se non compromette la veridicità dei risultati ottenuti, poichè l'entità dell'errore numerico da esso prodotto risulta paragonabile alla precisione del computer in termini di cifre significative. Partendo da questo scenario, l'obiettivo da perseguire riguarda la scrittura e la successiva verifica di un codice di simulazione che permetta di modellizzare l'interazione tra il plasma da fusione termonucleare e la parete del tokamak. L'elaborato presentato mostra le linee - guida volte alla costruzione del codice, basato sulla risoluzione del sistema di equazioni di Vlasov-Poisson. L'idea che viene seguita è quella di trascrivere e verificare separatamente ogni termine costituente l'equazione di Vlasov e successivamente assemblarli insieme. Il primo passo per la realizzazione dell'obiettivo prevede la scrittura del codice per una sola specie costituente il plasma, con lo scopo finale di scindere lo script per due specie, ionica ed elettronica. La verifica di ogni termine componente il codice viene eseguita sfruttando il metodo delle Manufactured Solution, basato sul confronto tra una soluzione di partenza "costruita" ad hoc, con quella numerica ottenuta dall'implementazione del codice. L'ultima parte del lavoro riguarda l'analisi di alcune delle possibili grandezze ottenibli dalla risoluzione del sistema di equazione, con l'introduzione di un importante parametro chiamato rapporto di massa, che tenendo conto del rapporto tra le reciproche masse delle specie costituenti il plasma, permette di confrontarle: dalla scansione di diversi rapporti di massa, sarà possibile valutare l'effetto globale che esso produce sulle varie quantità fisiche risultanti dalla risoluzione del problema numerico.