Negli ultimi anni è stato sperimentato un nuovo approccio per il calcolo delle popolazioni di livelli vibrazionali di molecole coinvolte nelle reazioni chimiche nei gas ionizzati. L'approccio che può essere definito neo-diffusivo si basa sull'uso di tecniche numeriche per risolvere un'equazione di Fokker-Planck nello spazio dell'energia interna. I coefficienti di trasporto sono calcolati dai coefficienti di velocità delle reazioni tra molecole in diversi stati vibrazionali. Rappresenta un'alternativa concettualmente diversa all'approccio molto usato da stato a stato (STS), basato sulla soluzione dell'equazione del Maestro. L'approccio neo-diffusivo differisce da un simile approccio basato sull'equazione di Fokker-Planck utilizzato negli anni '70 e '80 del secolo scorso, poiché vengono utilizzate soluzioni numeriche esatte. In questo lavoro vengono analizzati lo stato dell'arte e le prospettive di questo nuovo approccio. È stato sottolineato che, mentre il metodo neo-diffusivo ci consente di calcolare popolazioni di livelli vibrazionali e velocità di reazione con uno sforzo computazionale molto inferiore rispetto ai metodi basati sull'equazione del Maestro, è molto importante che questo metodo fornisca una base potente per l'intuizione, consentendo per evidenziare effetti altrimenti oscurati dalla complessa natura di rete dell'approccio STS.

In the past few years, a new approach has been experimented for the calculation of the populations of vibrational levels of molecules involved in chemical reactions in ionized gases. The approach that can be defined as neo-diffusive is based on the use of numerical techniques to solve a Fokker–Planck equation in the space of internal energy. The transport coefficients are calculated from the rate coefficients of the reactions between molecules in different vibrational states. It represents a conceptually different alternative to the much used state-to-state (STS) approach, based on the solution of the Master equation. The neo-diffusive approach differs from a similar Fokker–Planck equation-based approach used in the 70s and the 80s of the past century, since exact numerical solutions are used. In this work, the state of the art and perspectives of this new approach are analyzed. Is it pointed out that, while the neo-diffusive method allows us to calculate populations of vibrational levels and reaction rates with much less computational effort than methods based on the Master equation, greatly important is that this method provides a powerful basis for intuition, allowing to highlight effects otherwise obscured by the complex network nature of the STS approach.

Fokker–Planck equation for chemical reactions in plasmas

Longo S.
;
Diomede P.
2019

Abstract

In the past few years, a new approach has been experimented for the calculation of the populations of vibrational levels of molecules involved in chemical reactions in ionized gases. The approach that can be defined as neo-diffusive is based on the use of numerical techniques to solve a Fokker–Planck equation in the space of internal energy. The transport coefficients are calculated from the rate coefficients of the reactions between molecules in different vibrational states. It represents a conceptually different alternative to the much used state-to-state (STS) approach, based on the solution of the Master equation. The neo-diffusive approach differs from a similar Fokker–Planck equation-based approach used in the 70s and the 80s of the past century, since exact numerical solutions are used. In this work, the state of the art and perspectives of this new approach are analyzed. Is it pointed out that, while the neo-diffusive method allows us to calculate populations of vibrational levels and reaction rates with much less computational effort than methods based on the Master equation, greatly important is that this method provides a powerful basis for intuition, allowing to highlight effects otherwise obscured by the complex network nature of the STS approach.
Negli ultimi anni è stato sperimentato un nuovo approccio per il calcolo delle popolazioni di livelli vibrazionali di molecole coinvolte nelle reazioni chimiche nei gas ionizzati. L'approccio che può essere definito neo-diffusivo si basa sull'uso di tecniche numeriche per risolvere un'equazione di Fokker-Planck nello spazio dell'energia interna. I coefficienti di trasporto sono calcolati dai coefficienti di velocità delle reazioni tra molecole in diversi stati vibrazionali. Rappresenta un'alternativa concettualmente diversa all'approccio molto usato da stato a stato (STS), basato sulla soluzione dell'equazione del Maestro. L'approccio neo-diffusivo differisce da un simile approccio basato sull'equazione di Fokker-Planck utilizzato negli anni '70 e '80 del secolo scorso, poiché vengono utilizzate soluzioni numeriche esatte. In questo lavoro vengono analizzati lo stato dell'arte e le prospettive di questo nuovo approccio. È stato sottolineato che, mentre il metodo neo-diffusivo ci consente di calcolare popolazioni di livelli vibrazionali e velocità di reazione con uno sforzo computazionale molto inferiore rispetto ai metodi basati sull'equazione del Maestro, è molto importante che questo metodo fornisca una base potente per l'intuizione, consentendo per evidenziare effetti altrimenti oscurati dalla complessa natura di rete dell'approccio STS.
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