Движение расплава является одним из самых разрушительных последствий развития неустойчивостей на современных установках для изучения термоядерной плазмы. При оплавлении и дальнейшем разогреве материала стенок, лимитеров или дивертора они начинают испаряться. Место контакта расплава и испарённого газа приводит в движение расплав под действием термоэлектрических эффектов из-за большого магнитного поля, необходимого для удержания плазмы. Подробное моделирование поможет разобраться в механизмах развития термотоков и позволит разработать методы их подавления.
В экспериментах на стенде Beam of Electrons for materials Test Applications (BETA), созданного в ИЯФ СО РАН, образцы прокатанного вольфрама подвергались воздействию осесимметричного электронного пучка. На основе анализа результатов математического и натурного моделирования сформировалась необходимость в создании модели вращения расплава под воздействием термотоков, возникающих в результате мгновенного разогрева образца до температур 6−8 тысяч Кельвинов. В докладе представлена модель распределения тока в образце вольфрама и испаряемом веществе при нагреве поверхности электронным пучком. Модель в аксиально-симметричной постановке основана на решении уравнений электродинамики и двухфазной задачи Стефана. Уравнение электродинамики на основе рассчитанных значений температуры решается в области образца и в области над образцом. Рассмотрен случай переменных значений электрического сопротивления и термоэдс в газе и металле. Использованы упрощенное выражение для электрического сопротивления как зависимости от степени ионизации и оценка коэффициента Зеебека для расчета термоэдс. Степень ионизации определяется как корень уравнения Саха. Найдены оптимальные параметры сглаживания коэффициентов уравнения для токов на границе раздела сред. В полученную модель введен расчет удельной электропроводности и термоэдс через интеграл по энергии электронов, что потребовало вычисления среднего времени между столкновениями, энергии и функции распределения электронов. Расчет проведен для анализа и планирования натурных экспериментов с целью определения влияния сил Ампера на динамику вещества. Определено дальнейшее развитие модели, в том числе расчеты для композитного материала.