Очистить плазму от пыли
Новое решение для моделирования движения микрочастиц в потоке плазмы
Физики из ОИВТ РАН, НИУ ВШЭ и МФТИ разработали открытый код OpenDust, который впервые в мире позволяет моделировать движение микрочастиц конденсированного состояния в плазменном потоке. OpenDust оптимизирован под использование графических процессоров и за счет этого позволяет значительно ускорить расчет сил, действующих на микрочастицы, в десятки раз опережая существующие аналоги. Исследование поддержано грантом РНФ.
Фото: Игорь Иванко, Коммерсантъ
Понимание механизмов взаимодействия плазмы и микрочастиц конденсированного состояния важно для многих областей, включая астрофизику, микроэлектронику и плазменную медицину. Часто для экспериментального изучения взаимодействия плазмы с микрочастицами их помещают в поток плазмы газового разряда. Для более точного понимания процессов, происходящих в таких системах, ученым требуются быстрые и эффективные инструменты для расчета сил, действующих на микрочастицы в потоке плазмы.
Обычно для расчетов исследователям приходится самостоятельно разрабатывать программы под конкретную задачу, что требует много времени и ресурсов. В существующих программах с открытым исходным кодом часто возникают сложности с установкой, документацией и низкой скоростью работы. Команда ученых из Объединенного института высоких температур РАН, Московского института электроники и математики НИУ ВШЭ и Московского физико-технического института решила разработать новое решение, которое бы дало сообществу доступ к простому в установке, хорошо документированному и быстрому инструменту.
Ученые разработали программу OpenDust, которая работает в десятки раз быстрее других программ. Для ускорения расчетов она использует сразу несколько графических процессоров. Кроме того, OpenDust — это программа с открытым исходным кодом, легкая в установке и использовании.
«OpenDust имеет гибкий и дружелюбный к пользователю интерфейс, написанный на языке Python. Пользователь может задавать параметры моделируемой системы, а также конфигурацию используемых вычислительных ресурсов. Например, можно установить скорость потока плазмы и определить количество графических ускорителей, на которых будет проводиться расчет. Бэкенд, серверная часть продукта, отвечающая за внутреннюю логику и работу всей системы, оптимизирован под высоконагруженные вычисления и использует несколько графических процессоров. Это позволяет значительно увеличить скорость расчета и обрабатывать гораздо большие объемы данных»,— рассказывает соавтор исследования и разработчик OpenDust, младший научный сотрудник ОИВТ РАН Даниил Колотинский.
Программа способна моделировать динамику плазмы вокруг системы микрочастиц конденсированного состояния. С ее помощью ученые могут изучать сложные физические явления в комплексной плазме, включая эффекты самоорганизации и развитие неустойчивостей. Она может быть использована в различных областях науки и промышленности, включая моделирование процессов очищения плазмы в промышленных машинах для плазменной литографии, исследование систем активных частиц.
«Наша разработка — это первая в мире программа с открытым исходным кодом для многомасштабного самосогласованного моделирования динамики микрочастиц в плазменном потоке. OpenDust может использоваться для моделирования и изучения различных физических явлений, связанных с движением микрочастиц в плазменном потоке, включая астрофизические и промышленные приложения, предназначенные, например, для создания новых методов очистки плазмы от пыли в промышленных машинах для литографии жестким ультрафиолетом»,— отмечает заместитель директора по научной работе ОИВТ РАН, ведущий научный сотрудник Международной лаборатории суперкомпьютерного атомистического моделирования и многомасштабного анализа НИУ ВШЭ Алексей Тимофеев.
Использованы материалы статьи.