Метод затухающего поглощения электромагнитных волн при численном моделировании взаимодействия электронного пучка с плазмой

Авторы

  • Е.А. Берендеев Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН (ИВМиМГ СО РАН) https://orcid.org/0000-0002-2747-7162
  • А.А. Ефимова Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН (ИВМиМГ СО РАН)

DOI:

https://doi.org/10.26089/NumMet.v19r324

Ключевые слова:

генерация электромагнитного излучения, периодические граничные условия, граничные условия Мура, поглощающий слой, инжекция пучка в плазму, уравнение Власова, уравнения Максвелла, метод частиц-в-ячейках

Аннотация

Рассматривается затухающее поглощение в качестве граничного условия для решения уравнений Максвелла методом FDTD (Finite Difference Time Domain). С помощью численных экспериментов показана эффективность использования простого поглощающего слоя для поглощения электромагнитного излучения точечного источника. Показана эффективность использования данного метода для учета мощности электромагнитного излучения при численном моделировании взаимодействия электронного пучка с плазмой методом частиц в ячейках.

Авторы

Е.А. Берендеев

А.А. Ефимова

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

Библиографические ссылки

  1. Yu. A. Berezin and V. A. Vshivkov, Particle-in-Cell Methods in Rarefied Plasma Dynamics (Nauka, Novosibirsk, 1980) [in Russian].
  2. Yu. N. Grigor’ev, V. A. Vshivkov, and M. P. Fedoruk, Numerical Modeling by Particle-in-Cell Methods (Ross. Akad. Nauk, Novosibirsk, 2004) [in Russian].
  3. E. A. Berendeev, G. I. Dudnikova, and A. A. Efimova, “PIC-Simulation of the Electron Beam Interaction with Modulated Density Plasma,” AIP Conf. Proc. 1895 (2017). doi 10.1063/1.5007419
  4. E. Berendeev, M. Boronina, G. Dudnikova, et al., “Supercomputer Modeling of Generation of Electromagnetic Radiation by Beam-Plasma Interaction,” in Parallel Computational Technologies (Springer, Cham, 2017), pp. 247-260.
  5. A. Taflove and S. C. Hagness, Computational Electrodynamics: The Finite-Difference Time-Domain Method (Artech House, Boston, 2005).
  6. G. Mur, “Absorbing Boundary Conditions for the Finite-Difference Approximation of the Time-Domain Electromagnetic-Field Equations,” IEEE Trans. Electromagn. Compat. EMC-23} (4), 377-382 (1981).
  7. Z. P. Liao, H. L. Wong, B. P. Yang, and Y. F. Yuan, “A Transmitting Boundary for Transient Wave Analyses,” Sci. Sinica, Ser. A 27, 1063-1076 (1984).
  8. J.-P. Berenger, “A Perfectly Matched Layer for the Absorption of Electromagnetic Waves,” J. Comput. Phys. 114 (2), 185-200 (1994).
  9. S. D. Gedney, “An Anisotropic Perfectly Matched Layer-Absorbing Medium for the Truncation of FDTD Lattices,” IEEE Trans. Antennas Propag. 44 (12), 1630-1639 (1996).
  10. A. B. Langdon and B. F. Lasinski, “Electromagnetic and Relativistic Plasma Simulation Models,” Meth. Comput. Phys. 16, 327-366 (1976).
  11. A. V. Arzhannikov, A. V. Burdakov, V. S. Burmasov, et al., “Dynamics and Spectral Composition of Subterahertz Emission from Plasma Column Due to Two-Stream Instability of Strong Relativistic Electron Beam,” IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. 6 (2), 245-252 (2016).
  12. I. V. Timofeev, V. V. Annenkov, and A. V. Arzhannikov, “Regimes of Enhanced Electromagnetic Emission in Beam-Plasma Interactions,” Phys. Plasmas 22 (2015). doi 10.1063/1.4935890
  13. V. V. Annenkov, I. V. Timofeev, and E. P. Volchok, “Simulations of Electromagnetic Emissions Produced in a Thin Plasma by a Continuously Injected Electron Beam,” Phys. Plasmas 23 (2016). doi 10.1063/1.4948425
  14. R. W. Hockney and J. W. Eastwood, Computer Simulation Using Particles (McGraw-Hill, New York, 1981; Mir, Moscow, 1987).
  15. J. P. Boris, “Relativistic Plasma Simulation - Optimization of a Hybrid Code,” in Proc. Fourth Conf. on Numerical Simulation of Plasmas, Washington, DC, USA, November 2-3, 1970 (Naval Res. Lab., Washington, DC, 1971), pp. 3-67.

Загрузки

Опубликован

2018-12-26

Как цитировать

Берендеев Е.А., Ефимова А.А. Метод затухающего поглощения электромагнитных волн при численном моделировании взаимодействия электронного пучка с плазмой // Вычислительные методы и программирование. 2018. 19. 253-260. doi 10.26089/NumMet.v19r324

Выпуск

Раздел

Раздел 1. Вычислительные методы и приложения