准三维几何下激光尾波场加速的 Lorentz 推动系模拟
等离子体物理
2016-06-22 v1 计算物理
摘要
当在 Lorentz 推动系中使用粒子模拟 (PIC) 算法对激光尾波场加速 (LWFA) 进行建模时，等离子体以 的速度向激光方向进行相对论性漂移，这可以带来 的计算加速。同时，当在准三维几何中对 LWFA 进行建模时，电磁场和电流被分解为有限个方位角谐波，通过以二维 模拟量级的计算负载来对三维问题进行建模，从而实现加速。在此，我们描述了如何结合 Lorentz 推动系和准三维算法带来的加速。这种结合的关键是在准三维几何中使用混合 Yee-FFT 求解器，它可以有效消除在这些模拟中由于相对论漂移等离子体的 Langmuir 模式与电磁模式之间非物理耦合而在 Lorentz 推动系中不可避免产生的数值切伦科夫不稳定性 (NCI)。此外，基于实验室系和推动系中 LWFA 数据的时空分布，我们提出使用移动窗口跟随漂移等离子体以进一步降低计算负载。我们描述了准三维几何下消除 NCI 的细节、结合 Lorentz 推动系和准三维几何的模拟设置、移动窗口的使用，并将这些模拟的结果与相应的实验室系情况进行了比较。获得了良好的一致性，特别是在没有自俘获时，这证明了在建模 LWFA 时结合 Lorentz 推动系和准三维算法以实现前所未有的加速是可能的。
引用
@article{arxiv.1510.07110,
title = {Lorentz boosted frame simulation of Laser wakefield acceleration in quasi-3D geometry},
author = {Peicheng Yu and Xinlu Xu and Asher Davidson and Adam Tableman and Thamine Dalichaouch and Michael D. Meyers and Frank S. Tsung and Viktor K. Decyk and Frederico Fiuza and Jorge Vieira and Ricardo A. Fonseca and Wei Lu and Luis O. Silva and Warren B. Mori},
journal= {arXiv preprint arXiv:1510.07110},
year = {2016}
}