A modification of the PIC method with adaptive mass: the interaction of a laser pulse and a plasma

Authors

  • T.V. Snytnikova
  • V.A. Vshivkov
  • G.I. Dudnikova

Keywords:

PIC method
Vlasov equation
Maxwell equations
dynamical change of particle number

Abstract

A modification of the PIC method with adaptive mass is proposed. This modification allows one to change the particle number dynamically without breaking the conservation laws. The mass and charge of model particles decrease with an increase of their number in low density domains, whereas the mass and charge increase in high density domains. Such a redistribution allows one to reduce the noise in low density domains using a relatively small number of model particles. The work was supported by the Russian Foundation for Basic Research (projects 11–01–00178, 11–01–00249, 12–01–00234, and 12–07–00065).

New computational technologies

Downloads

Published

2013-08-30

Issue

Vol. 14 (2013): Issue 3.

Section

Section 1. Numerical methods and applications

Author Biographies

T.V. Snytnikova

The Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics of SB RAS (ICM&MG SB RAS)
• Researcher

V.A. Vshivkov

The Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics of SB RAS (ICM&MG SB RAS)
• Professor

G.I. Dudnikova

The Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics of SB RAS (ICM&MG SB RAS)
• Chief Researcher

References

  1. Харлоу Ф.Х. Численный метод «частиц-в-ячейках» для задач гидродинамики // Вычислительные методы в гидродинамике / Под ред. С.С. Григоряна и Ю.Д. Шмыглевского. М.: Мир, 1967.
  2. Яненко Н.Н., Анучина Н.Н., Петренко В.Е., Шокин Ю.И. О методах расчета задач газовой динамики с большими деформациями // Числ. мет. мех. спл. среды. 1970. 1. 40-62.
  3. Березин Ю.А., Вшивков В.А. Метод частиц в динамике разреженной плазмы. Новосибирск: Наука, 1980.
  4. Бэдсел Ч., Ленгдон А. Физика плазмы и численное моделирование. М.: Энергоатомиздат, 1989.
  5. Григорьев Ю.Н., Вшивков В.А., Федорук М.П. Численное моделирование методами частиц-в-ячейках. М.: Изд-во СО РАН, 2005.
  6. Боронина М.А., Вшивков В.А., Левичев Е.Б., Никитин С.А., Снытников В.Н. Алгоритм для трехмерного моделирования ультрарелятивистских пучков // Вычислительные методы и программирование. 2007. 8, № 2. 203-210.
  7. Вшивков В.А., Снытников А.В. Построение эффективного параллельного метода решения уравнения Пуассона для моделирования эволюции протопланетного диска // Вычислительные методы и программирование. 2009. 10, № 1. 105-111.
  8. Вшивков В.А., Терехов А.В. О самодействии в методе частиц в ячейках // Вычислительные методы и программирование. 2008. 9, № 1. 52-61.
  9. Хокни Р., Иствуд Дж. Численное моделирование методом частиц. М.: Мир, 1987.
  10. Вшивков В.А., Лазарева Г.Г., Снытников А.В. Адаптивное изменение массы модельных частиц при моделировании тлеющего ВЧ-разряда в силановой плазме // Вычислительные технологии. 2008. 13, № 1. 22-30.
  11. Берендеев Е.А., Иванов А.В., Лазарева Г.Г., Снытников А.В. Моделирование на суперЭВМ динамики плазменных электронов в ловушке с инверсными магнитными пробками и мультипольными магнитными стенками // Вычислительные методы и программирование. 2013. 14. 149-154.
  12. Hong W., House D.H., Keyser J. Adaptive particles for incompressible fluid simulation // Visual Computer. 2008. 24. 535-543.
  13. Lapenta G., Brackbill J.U. Dynamic and selective control of the number of particles in kinetic plasma simulations // J. of Computational Physics. 1994. 115. 213-227.
  14. Lapenta G. Automatic adaptive multi-dimensional particle in cell // Advanced Methods for Space Simulations. Tokyo: TERRAPUB, 2007. 61-76.
  15. Welch D.R., Genoni T.C., Clark R.E., Rose D.V. Adaptive particle management in a particle-in-cell code // J. of Computational Physics. 2007. 227. 143-155.
  16. Snytnikova T.V. Particle-in-cell method with adaptive mass // Bull. Novosibirsk Comp. Center. Ser. Numerical Analysis. 2009. 14. 81-93.
  17. Snytnikova T.V. Threshold functions for inserting or deleting particles in the PIC method with adaptive mass // Bull. Novosibirsk Comp. Center. Ser. Numerical Analysis. 2011. 15. 73-84.