利用混合有限差分-FFT麦克斯韦求解器和局部电荷守恒电流沉积缓解数值切伦科夫辐射及不稳定性
计算物理
2016-05-04 v1
摘要
描述了一种用于全相对论电磁（EM）粒子网格（PIC）代码的混合麦克斯韦求解器。在该求解器中，EM场通过在某一方向执行FFT而在 空间中求解，同时在其他方向使用有限差分算子。该求解器消除了沿优选方向运动的粒子的数值切伦科夫辐射。此外，由相对论性漂移等离子体和束流引起的数值切伦科夫不稳定性（NCI）可通过应用类似于近期为纯FFT求解器开发的策略，利用该混合求解器消除。对电荷守恒电流沉积应用了电流修正，以正确解释混合Yee-FFT求解器中的EM计算。给出了该混合求解器在真空和漂移等离子体中的色散性质的理论分析，并与PIC模拟进行比较，获得了良好一致。该混合求解器应用于2D和3D笛卡尔以及准3D（其中场和电流被分解为方位角谐波）几何结构。给出了在2D笛卡尔几何中使用该混合求解器在洛伦兹增强帧中进行激光尾波场加速器模拟的说明性结果，并与使用纯谱麦克斯韦求解器的2D UPIC-EMMA模拟以及使用标准Yee求解器的OSIRIS 2D实验室帧模拟的结果进行了比较。获得了非常好的一致性，证明了使用混合求解器对相对论性漂移等离子体进行高保真模拟的可行性，且未见数值切伦科夫不稳定性迹象。
引用
@article{arxiv.1502.01376,
title = {Mitigation of numerical Cerenkov radiation and instability using a hybrid finite difference-FFT Maxwell solver and a local charge conserving current deposit},
author = {Peicheng Yu and Xinlu Xu and Adam Tableman and Viktor K. Decyk and Frank S. Tsung and Frederico Fiuza and Asher Davidson and Jorge Vieira and Ricardo A. Fonseca and Wei Lu and Luis O. Silva and Warren B. Mori},
journal= {arXiv preprint arXiv:1502.01376},
year = {2016}
}