基于可调阻尼直接隐式方法的相对论激光-等离子体相互作用的粒子网格模拟
计算物理
2015-05-13 v1 等离子体物理
摘要
隐式粒子网格代码相比显式代码具有优势，因为它们在需要分辨系统高频模式时受到较弱的稳定性约束。这一特性对于模拟高强度激光脉冲与过临界等离子体的相互作用可能特别有价值，尤其是在较密区域中的静电模式对所研究的物理过程影响可忽略的情况下。为此，我们开发了新的二维电磁代码ELIXIRS（代表ELectromagnetic Implicit X-dimensional Iterative Relativistic Solver），它基于所谓的直接隐式方法[D. Hewett and A. B. Langdon, J. Comp. Phys. \textbf{72}, 121(1987)]的相对论扩展。通过可调阻尼电磁求解器，实现了光波在真空中无耗散传播。在德拜长度未被分辨的高密度情况下，通过使用高阶权重因子确保了令人满意的能量守恒。本文首先在牛顿迭代方案中给出了电磁直接隐式方法的原始推导。然后通过数值求解光波和等离子体波的色散关系，考虑有限空间和时间步长，研究了其线性特性。最后，我们的代码针对两种物理问题——等离子体向真空膨胀和相对论激光-等离子体相互作用——与显式粒子网格模拟进行了成功基准测试。在这两种情况下，我们将展示隐式求解器在粗糙离散化下的鲁棒性，以及相对于标准显式模拟所能实现的效率提升。
引用
@article{arxiv.0906.2912,
title = {Particle-in-cell modelling of relativistic laser-plasma interaction with the adjustable damping, direct implicit method},
author = {Mathieu Drouin and Laurent Gremillet and Jean-Claude Adam and Anne Héron},
journal= {arXiv preprint arXiv:0906.2912},
year = {2015}
}