方位角モード分解に基づく準静的粒子インセルコードへのポンデロモーティブ案内中心アルゴリズムの統合【JST・京大機械翻訳】

Li Fei; An Weiming; Tsung Frank S.; Decyk Viktor K.; Mori Warren B.

プレプリント

J-GLOBAL ID：202202220381940220 整理番号：22P0308798

方位角モード分解に基づく準静的粒子インセルコードへのポンデロモーティブ案内中心アルゴリズムの統合【JST・京大機械翻訳】

Integrating a ponderomotive guiding center algorithm into a quasi-static particle-in-cell code based on azimuthal mode decomposition

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発行年： 2022年03月22日プレプリントサーバーでの情報更新日： 2022年09月07日
JST資料番号： O7000B 資料種別：プレプリント
記事区分：プレプリント発行国：アメリカ合衆国 (USA) 言語：英語 (EN)

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プラズマベース加速(PBA)の高忠実度モデリングは,粒子インセル(PIC)法に基づく3D完全非線形および速度論的記述の使用を必要とする。準静的近似(QSA)に基づく三次元PICアルゴリズムを,ビーム-プラズマ相互作用を効率的にモデル化するために首尾よく適用した。QSA-PICアルゴリズムにおいて,荷電粒子ビームまたはレーザドライバに対するプラズマ応答を,Maxwell方程式のQSA形式からの自己無撞着力に基づいて計算した。次に,これらの場を用いて,荷電粒子ビームまたはレーザを大きな時間ステップで前進させた。時間ステップは標準3D完全電磁PICコードを制約する通常のCourant-Friedrichs-Lewy条件によって制限されないので,3D QSA-PICコードは,性能における桁の高速化を達成できる。最近,方位角Fourier分解として知られる他の高速化技術を組み合わせた新しいハイブリッドQSA-PICアルゴリズムを提案し,実装した。このハイブリッドアルゴリズムは,電磁場,電荷および電流密度を方位角高調波に分解し,Fourier係数だけを更新する必要があり,アルゴリズムの複雑さを著しく低減することができた。完全3D PICアルゴリズムにおけるレーザ-プラズマ相互作用のモデリングは,解決すべき物理スケールの大きな不均衡のため,非常に計算的に高価である。QSAにおいて,レーザは,ポンデロモティブ誘導センター(PGC)アプローチを用いてモデル化した。方位角モード展開に基づくQSA PICアルゴリズムに適合するPGCアルゴリズムを実装する方法を述べた。このアルゴリズムは,セルサイズよりも,時間ステップ桁の大きさが大きくなり,非同期的に並列化できる。方位角モード展開,QPADを利用するQSA PICコードにこれがどのように実行されるかの詳細についても述べた。【JST・京大機械翻訳】

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, , , , 【Automatic Indexing@JST】

プラズマ中の電磁波 , プラズマ波,プラズマ不安定性 , 数値計算

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