用于热核燃烧等离子体的多尺度Eulerian Vlasov-Rosenbluth-Fokker-Planck算法
等离子体物理
2025-06-10 v1
摘要
准确处理实验室等离子体中高能融合副产物通常需要基于动力学描述，由于其大的出生动能和长均束长与特征系统尺度长度相比较。例如，由氦-氢聚变反应产生的α粒子出生于高能（\SI{3.5}{MeV}）并主要通过与以类似速度行进的电子相互作用来减缓。随着α粒子减缓，其分布在接近背景离子热速度处形成锐利结构。此类锐利特征在基于网格的Eulerian方法中提出数值挑战：捕捉完整α粒子能量范围需要较大的速度域，而解析热区则需要足够细的网格。灵感来自Peigney等人[J. Comput. Phys. 278 (2014)]的工作，我们提出一种两种网格方法，将α粒子分布分为能量较大的（超热）组分和灰烬（热）组分。采用高斯基函数的sink项将粒子从能量较大的Population输送到灰烬Population，作为它们减缓至热 regime。同时，采用保守的投影方案确保α粒子与灰烬相互作用的质量、动量和能量被保持。与Peigney的方法不同，本方法无需严格的速度尺度渐近分离，这在原则上可以是任意的。我们在具有挑战性的多尺度问题上演示了该方法的鲁棒性，包括一个用于点燃惯性约束束管的替代方案。
引用
@article{arxiv.2506.06672,
title = {A Multiscale Eulerian Vlasov-Rosenbluth-Fokker-Planck Algorithm for Thermonuclear Burning Plasmas},
author = {Benjamin L. Reichelt and William T. Taitano and Brett D. Keenan and Luis Chacon and Andrei N. Simakov and Steven E. Anderson and Hans R. Hammer},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.06672},
year = {2025}
}