108 – Experimentsimulation – Simulation eines Quadrupol-Massenspektrometers

Die Simulation ist eine Vorgehensweise zur Analyse von System, die für die theoretische oder formelmäßige Behandlung zu kompliziert sind. Bei der Simulation werden Experimente an einem Modell durchgeführt, um Erkenntnisse über das reale System zu gewinnen.

Deswegen besteht die Simulation erst einmal aus einer Modellfindung. Ist ein vorhandenes Modell geeignet, um Aussagen über die zu lösende Problemstellung zu machen, müssen lediglich die Parameter des Modells eingestellt und ggf. geeignet variiert werden. Das Modell, resp. die Simulationsergebnisse, können dann für Rückschlüsse auf das Problem und seine Lösung genutzt werden.

Die Methode der Simulation wird für viele Problemstellungen gerade in der Physik eingesetzt und findet eine immer größere Bedeutung.

Gründe für Simulationen sind zum einen die teils sehr hohen Kosten realer Experimente – z. B. kann bei der Entwicklung von Teilchenbeschleunigern oder -detektoren über Simulationen geklärt werden, ob das System den Anforderungen genügt oder Komponenten entfallen können (und somit Kosten reduziert werden), da der Teilchennachweis aufgrund des Aufbaus nicht möglich ist – oder das reale Systeme nicht direkt beobachtbar sind – z. B. in der Astrophysik ist durch die großen Längen- und Zeitskalen ein direkte Beobachtung bzw. reale Experimente teilweise nicht möglich, wobei mittels Simulationen das Modell, welches durch die Beobachtungen aufgestellt wurde, verifiziert wird. D. h. mit Hilfe von Simulationen kann mit relativ geringem Aufwand überprüft werden, welche Ergebnisse bei Experimenten zu erwarten sind und es können neue Theorien überprüft werden.

Heutzutage werden Simulationen mehr und mehr durch Computer realisiert, und die moderne Physik ist ohne den Einsatz von Computern kaum noch denkbar. Durch die immer leistungsfähigeren Computer können in zunehmendem Maße Berechnungen durchgeführt werden, die vor wenigen Jahren aufgrund des extremen Rechenaufwands nicht möglich gewesen wären. Aber auch bei Experimenten, bei denen die Datenmengen klein sind, ist der Computer ein ausgezeichnetes Hilfsmittel zur Vereinfachung und Durchführung der Rechnungen.

In diesem Versuch soll am Beispiel eines Quadrupol-Massenfilters die Projektierung und die Struktur eines solchen Messgerätes mit Hilfe der Grafischen Programmierumgebung LabView simuliert werden.

108 - Experimentsimulation
1.2 MiB
1098 Downloads
Details...