DOI: https://doi.org/10.26089/NumMet.v16r114

Численное моделирование развития турбулентности при взаимодействии электронного пучка с плазмой

Авторы

  • Е.А. Берендеев
  • В.А. Вшивков
  • А.А. Ефимова
  • Е.А. Месяц

Ключевые слова:

физика плазмы
пучковая неустойчивость
уравнение Власова
уравнения Максвелла
метод частиц-в-ячейках

Аннотация

Рассматривается задача взаимодействия электронного пучка с плазмой. Физический механизм взаимодействия плазмы с релятивистским электронным пучком включает в себя резонансное возбуждение колебаний плазмы, возникновение модуляции плотности плазмы и последующее рассеяние электронов на флуктуациях плотности. Для моделирования использовался метод частиц-в-ячейках (PIC-метод). При решении задачи реализован параллельный алгоритм вычислений, расчеты проводились на различных суперЭВМ.

Новые вычислительные технологии

Загрузки

Опубликован

2015-03-22

Выпуск

Том 16 (2015): Выпуск 1.

Раздел

Раздел 1. Вычислительные методы и приложения

Авторы

Е.А. Берендеев

Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН (ИВМиМГ СО РАН)
просп. Лаврентьева, 6, 630090, Новосибирск
• аспирант

В.А. Вшивков

Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН (ИВМиМГ СО РАН)
просп. Лаврентьева, 6, 630090, Новосибирск
• заведующий лабораторией

А.А. Ефимова

Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН (ИВМиМГ СО РАН)
просп. Лаврентьева, 6, 630090, Новосибирск
• младший научный сотрудник

Е.А. Месяц

Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН (ИВМиМГ СО РАН)
просп. Лаврентьева, 6, 630090, Новосибирск
• младший научный сотрудник

Библиографические ссылки

  1. A. V. Burdakov, A. P. Avrorov, A. V. Arzhannikov, et al., “Development of Extended Heating Pulse Operation Mode at GOL-3,” Fusion Sci. Technol. 63 (1T), 29-34 (2013).
  2. A. B. Mikhailovskii, Theory of Plasma Instabilities (Atomizdat, Moscow, 1970; Consultants Bureau, New York, 1974).
  3. V. N. Tsytovich, Theory of Turbulent Plasma (Atomizdat, Moscow, 1971; Consultants Bureau, New York, 1977).
  4. I. V. Timofeev and K. V. Lotov, “Relaxation of a Relativistic Electron Beam in Plasma in the Trapping Regime,” Phys. Plasmas 13 (2006).
    doi 10.1063/1.2217934
  5. A. V. Burdakov, I. A. Kotelnikov, and V. I. Erofeev, “Explanation of Turbulent Suppression of Electron Heat Transfer in GOL-3 Facility at the Stage of Relativistic Electron Beam Injection,” Fusion Sci. Technol. 47 (1T), 74-77 (2005).
  6. B. Coppi, F. Pegoraro, R. Pozzoli, and G. Rewoldt, “Slide-away Distributions and Relevant Collective Modes in High-Temperature Plasmas,” Nucl. Fusion 16 (2), 309-328 (1976).
  7. K. Baumg854rtel, “Ion Dynamics in Electron Beam-Plasma Interaction: Particle-in-Cell Simulations,” Ann. Geophys. 32 (8), 1025-1033 (2014).
  8. A. Grassi, L. Fedeli, A. Macchi, et al., “Phase Space Dynamics after the Breaking of a Relativistic Langmuir Wave in a Thermal Plasma,” Eur. Phys. J. D 68 (2014).
    doi 10.1140/epjd/e2014-50153-0
  9. F. Valentini, D. Perrone, F. Califano, et al., “Response to ’Comment on Undamped Electrostatic Plasma Waves’,” Phys. Plasmas 20 (2013).
    doi 10.1063/1.4794728
  10. Yu. N. Grigoryev, V. A. Vshivkov, and M. P. Fedoruk, Numerical Simulation by Particle-in-Cell Methods (Ross. Akad. Nauk, Novosibirsk, 2004) [in Russian].
  11. R. W. Hockney and J. W. Eastwood, Computer Simulation Using Particles (New York: McGraw-Hill, 1981; Mir, Moscow, 1987).
  12. C. K. Birdsall and A. B. Langdon, Plasma Physics via Computer Simulation (IOP Publ., Bristol, 1991).
  13. T. Tajima, Computational Plasma Physics (Westview Press, Boulder, 2004).
  14. V. A. Vshivkov, K. V. Vshivkov, and G. I. Dudnikova, “Algorithms for Solving the Problem of Interaction of the Laser Pulse with Plasma,” Vychisl. Tekhnol. 6 (2), 47-63 (2001).
  15. J. Villasenor and O. Buneman, “Rigorous Charge Conservation for Local Electromagnetic Field Solver,” Comput. Phys. Comm. 69 (2-3). 306-316 (1992).
  16. H. Qin, S. Zhang, J. Xiao, et al., “Why is Boris Algorithm so Good?,” Phys. Plasmas 20 (2013).
    doi 10.1063/1.4818428
  17. E. A. Berendeev and A. A. Efimova, “Implementation of the Effective Parallel Calculations to Model Large-Scale Plasma Physics Problems by the PIC-Method,” Vestn. Ufa Aviatsion. Tekh. Univ. 17 (2), 112-116 (2013).
  18. K. V. Lotov and I. V. Timofeev, “Transition Regime of the One-Dimensional Two-Stream Instability,” Vestn. Novosibirsk Univ., Ser.: Fiz. 3 (1), 62-65 (2008).
  19. K. V. Lotov, A. V. Terekhov, and I. V. Timofeev, “Saturation of Two-Stream Instability of an Electron Beam in Plasma,” Fiz. Plazmy 35 (6), 567-574 (2009) [Plasma Phys. Rep. 35 (6), 518-525 (2009)].