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使用定制的有限差分Maxwell解算器和基于局部FFT的电流校正控制PIC模拟中的数值Cerenkov不稳定性。 (英语) Zbl 1376.78011号

小结:在本文中,我们提出了一种用于颗粒细胞(PIC)算法的定制有限差分时域(FDTD)Maxwell解算器。该解算器经过定制,可有效消除使用PIC算法时,当等离子体(中性或非中性)在网格上相对漂移时产生的数值切伦科夫不稳定性(NCI)。我们在FDTD-Maxwell解算器的等离子体漂移方向上控制EM色散曲线,方法是使用定制的高阶有限差分算子沿漂移方向(即{1}方向)进行空间导数。我们表明,这消除了中等(k_1|\)的主要NCI模式,而将其他主要NCI模保持在较高(k_1|)的物理兴趣范围之外。这些主要的NCI模式可以很容易地与第一个空间混叠NCI模式一起过滤掉,这些模式也位于基本布里渊区的边缘。自定义解算器可能具有改进并行可伸缩性的优点,因为它可以很容易地沿着\(\hat{1}\)进行划分,对于感兴趣的问题,通常比其他方向有更多的单元。我们表明,可以对每个分区上的电流进行局部FFT,以滤除主要和第一空间混叠NCI模式,并校正电流,使其满足定制空间导数的连续性方程。这确保满足高斯定律。我们给出了一个相对论漂移等离子体、两个碰撞相对论漂移等离子以及洛伦兹增强框架中的非线性激光尾流场加速(LWFA)的模拟示例,这些示例表明,当使用这种定制的麦克斯韦解算器及其NCI消除方案时,无法观察到NCI的证据。

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78平方米20 有限差分法在光学和电磁理论问题中的应用
78M25型 光学数值方法(MSC2010)
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