一种用于 runaway electron 的完全隐式、可扩展、守恒的非相对论 Fokker-Planck 0D-2P 求解器
计算物理
2020-05-18 v3 等离子体物理
摘要
在施加足够强的电场时，电子会脱离热平衡并接近相对论速度。这些高能 runaway 电子（MeV）在托卡马克破裂物理中起着重要作用，因此准确理解它们对于制定可靠的缓解策略至关重要。为此，我们开发了一种用于 0D-2P（即包含两个动量坐标）相对论非线性 Fokker-Planck 方程（rFP）的完全隐式求解器。与早期的隐式 rFP 研究（NORSE、CQL3D）一样，电子-离子相互作用使用 Lorentz 算子建模，同步辐射阻尼使用 Abraham-Lorentz-Dirac 反作用项建模。然而，我们的实现相较于这些早期研究有三方面改进：1）确保电子碰撞的精确守恒性质，2）严格保持正性，以及 3）在算法与并行上均可扩展。我们所提方法的关键在于针对线性化 rFP 方程的高效多重网格预条件子、针对 Braams-Karney 势 [Braams and Karney, Phys. Rev. Lett. 59, 16 (1987)] 的多重网格椭圆求解器，以及一种用于确定相关边界值的新型自适应技术。我们通过从小电场电导率测量到强电场下 runaway 尾动力学精确复现的数值结果验证了所提方案的精度与效率。
引用
@article{arxiv.1902.10241,
title = {A fully implicit, scalable, conservative nonlinear relativistic Fokker-Planck 0D-2P solver for runaway electron},
author = {Don Daniel and William T. Taitano and Luis Chacón},
journal= {arXiv preprint arXiv:1902.10241},
year = {2020}
}
备注
27 pages, 21 figures