在 OSIRIS 中实现混合粒子代码：r-z 方向的 PIC 描述与 $\phi$ 方向的无网格描述
计算物理
2015-06-19 v1 等离子体物理
摘要
对于许多等离子体物理问题，三维效应和动能效应非常重要。然而，此类模拟的计算强度极大。幸运的是，存在一类问题，其具有近乎方位角对称性，且主要的三维物理效应仅需包含少数几个方位角谐波即可捕捉。最近，有人提出 [A. Lifschitz et al., J. Comp. Phys. 228 (5) (2009) 1803-1814] 通过将场和电流展开为方位角谐波并仅截断至第一谐波之后，来模拟激光尾场加速等此类问题。场的基本谐波和第一谐波的复振幅在 r-z 网格上求解，并提出了一种基于粒子在笛卡尔几何中运动来计算每个粒子复电流振幅的过程，该方法使用 Marder 修正以维持高斯定律的有效性。在本文中，我们描述了将该算法实现到 OSIRIS 中的过程，采用了严格的电荷守恒电流沉积方法以维持高斯定律的有效性。我们表明，该算法是一种混合方法，在 r-z 方向使用粒子网格 (PIC) 描述，而在 方向使用无网格描述。我们包含了保留任意数量谐波和高阶粒子形状的能力。此外，还展示了激光尾场加速、等离子体尾场加速和束流负载的示例，并讨论了未来的工作方向。
引用
@article{arxiv.1403.6890,
title = {Implementation of a hybrid particle code with a PIC description in r-z and a gridless description in $\phi$ into OSIRIS},
author = {A. Davidson and A. Tableman and W. An and F. S. Tsung and W. Lu and J. Vieira and R. A. Fonseca and L. O. Silva and W. B. Mori},
journal= {arXiv preprint arXiv:1403.6890},
year = {2015}
}