Spatial modeling of breaking effects in nonlinear plasma oscillations

Authors

  • S.V. Milyutin
  • A.A. Frolov
  • E.V. Chizhonkov

Keywords:

plasma oscillations
breaking effect
finite difference method
supercomputing simulation

Abstract

Previously, the authors numerically and analytically studied the effect of off-axis breaking of relativistic and nonrelativistic cylindrical axisymmetric nonlinear plasma oscillations in the framework of a one-dimensional hydrodynamic model. In this paper, the explicit method of second order accuracy in Eulerian variables is implemented for a two-dimensional simulation of this effect on computers with distributed memory. The numerical results obtained on the «Chebyshev» MSU supercomputer complex using a hybrid parallel code are discussed. These results can be compared with the results obtained in the framework of the one-dimensional model.

New computational technologies

Downloads

Published

2013-06-23

Issue

Vol. 14 (2013): Issue 3.

Section

Section 1. Numerical methods and applications

Author Biographies

S.V. Milyutin

«Rock Flow Dynamics»
• Senior Developer

A.A. Frolov

Joint Institute for High Temperatures of RAS (JIHT RAS)
• Senior Researcher

E.V. Chizhonkov

Lomonosov Moscow State University,
Faculty of Mechanics and Mathematics
• Professor

References

  1. Hockney R.W., Eastwood J.W. Computer simulation using particles. New York: McGraw-Hill, 1981.
  2. Днестровский Ю.Н., Костомаров Д.П. Математическое моделирование плазмы. М.: Наука, 1982.
  3. Birdsall C.K., Langdon A.B. Plasma physics via computer simulation. New York: McGraw-Hill, 1985.
  4. Зельдович Я.Б., Мышкис А.Д. Элементы математической физики. М.: Наука, 1973.
  5. Горбунов Л.М., Фролов А.А., Чижонков Е.В., Андреев Н.Е. Опрокидывание нелинейных цилиндрических колебаний плазмы // Физика плазмы. 2010. 36, № 4. 375-386.
  6. Dawson J.M. Nonlinear electron oscillations in a cold plasma // Phys. Review. 1959. 113, N 2. 383-387.
  7. Chizhonkov E.V., Frolov A.A., Gorbunov L.M. Modelling of relativistic cylindrical oscillations in plasma // Russ. J. Numer. Anal. Math. Modelling. 2008. 23, N 5. 455-467.
  8. Горбунов Л.М., Фролов А.А., Чижонков Е.В. О моделировании нерелятивистских цилиндрических колебаний в плазме // Вычислительные методы и программирование. 2008. 9, № 1. 58-65.
  9. Попов А.В., Чижонков Е.В. Об одной разностной схеме для расчета плазменных аксиально-симметричных колебаний // Вычислительные методы и программирование. 2012. 13, № 1. 5-17.
  10. Chizhonkov E.V., Frolov A.A. Numerical simulation of the breaking effect in nonlinear axially-symmetric plasma oscillations // Russ. J. Numer. Anal. Math. Modelling. 2011. 26, N 4. 379-396.
  11. Esarey E., Sprangle P., Krall J., Ting A. Overview of plasma-based acceleration concepts // IEEE Trans. on Plasma Science. 1996. 24. 252-288.
  12. Чижонков Е.В. Численное моделирование аксиальных решений некоторых нелинейных задач // Вычислительные методы и программирование. 2010. 11, № 2. 57-69.
  13. Бахвалов Н.С. Численные методы. 2-е изд. М.: Наука, 1975.
  14. Yee K.S. Numerical solution of initial boundary value problems involving Maxwell’s equations in isotropic media // IEEE Trans. on Antennas and Propagation. 1966. 14. 302-307.
  15. Лебедев В.И. Разностные аналоги ортогональных разложений и основных операторов математической физики // Журнал вычисл. матем. и матем. физики. 1964. 4, № 3. 449-465; № 4. 649-659.
  16. Verboncoeur J.P. Particle simulation of plasmas: review and advances // Plasma Physics and Controlled Fusion. 2005. 47. A231-A260.
  17. Чижонков Е.В. К моделированию электронных колебаний в плазменном слое // Журнал вычисл. матем. и матем. физики. 2011. 51, № 3. 456-469.