2.1.1. Постановка целей и задач построения компьютерной модели движения электрического заряда

В современном мире с интенсивно протекающим научно-техническим прогрессом и развитыми технологиями требуются высокоточные способы анализа веществе. Одним из них является масс-спектрометрический способ анализа. Масс-спектрометры применяются при контроле технологических процессов, в космических исследованиях, в экологии и т.д. Одной из наиболее распространенных разновидностей подобных приборов являются масс-спектрометры динамического типа, которые сочетают в себе высокие эксплуатационные и аналитические свойства. Работа приборов этого типа основана на разделении заряженных частиц с различным значением удельного заряда с квадратичным распределением потенциала. Используются различные режимы работы приборов этого типа. В некоторых из них для улучшения рабочих характеристик используется заполнение рабочего объема анализатора и смежных устройств легким нейтральным газом [23].

В устройствах транспортировки ионов на основе ионной ловушки и фильтра масс этот газ позволяет снизить энергию и размер ионного облака. В этом случае возникает задача оценки влияния нейтрального газа на движение заряженных частиц в полях с квадратичным распределением потенциала.

Возникновение силы, действующей на электрический заряд, движущийся во внешнем электромагнитном поле – Силы Лоренца – приводит к перераспределению тока по сечению проводника, что находит свое проявление в термомагнитных и гальваномагнитных явлениях [24].

Эффект Лоренца широко применяется в измерительных приборах, в качестве так называемого датчика Холла: пластинка из металла или полупроводника помещается в магнитное поле В. При пропускании через нее электрического тока плотности j в направлении перпендикулярном магнитному полю в пластине возникает поперечное электрическое поле, напряженность которого Е перпендикулярна обоим векторам j и В. По данным измерений находят В [25].

Этот эффект объясняется действием силы Лоренца на движущийся заряд.

Примерами приборов, в которых также применяется датчик Холла (действие которого основано на эффекте Лоренца) можно назвать гальваномагнитные магнитометры, масс-спектрометры, ускорители заряженных частиц, магнитогидродинамические генераторы.

В качестве основной цели моделирования движения заряженной частицы в пространстве между пластинами конденсатора можно выделить исследование режимов работы и разработку способов улучшения параметров приборов в области масс-спектрометрии и других, актуальных для электродинамики на сегодняшний день областях.

Поставленная цель может быть достигнута решением следующих задач:

1. Разработка аналитической теории движения частицы

2. Построение компьютерной модели движения частиц в электромагнитном поле

3. Сравнение аналитической и компьютерной модели для оценки достоверности

4. Заключение о возможности оптимизации параметров электродинамических приборов на основе аналитической теории и результатов компьютерного моделирования.