在宁静太阳的三维模拟中实现加速粒子束

背景。太阳大气中的磁场持续重联并将带电粒子加速到高能。包含加速粒子效应的三维大气模拟有助于我们理解高能粒子束与其出现和传播的周围环境之间的相互作用。我们在先前论文中提出了此类模拟的首次尝试，重点强调了粒子束的物理模型。然而，由于大气中条件的多样性以及我们必须在多个 CPU 核之间分配计算的方式，该模型的数值实现并不简单。目的。在此，我们描述并验证在通过区域分解并行化的三维磁流体力学代码中，由电子束进行能量传输的数值实现。方法。我们使用具有自适应步长控制的 Runge-Kutta 格式追踪束轨迹，并以解析与数值混合的方法沿轨迹积分沉积的束能量。为实现并行化，我们使用专为优化数据流设计的缓冲系统，协调由独立进程拥有的子域间的束传输。结果。以具有解析场线的特定磁场作为测试场景，我们表明自适应追踪的并行实现高效地以高精度跟随了一条具有挑战性的轨迹。通过对不同进程数下电子束传输执行的计时，我们发现进程间通信开销极小，但由于束的空间分布不均导致的工作负载不平衡，并行可扩展性仍为亚线性。