Семинар MFEM 2023 | Моделирование радиочастотных волн в горячей намагниченной плазме

Проект MFEM (Modular Finite Element Methods), возглавляемый LLNL, предоставляет математические вычисления высокого порядка для крупномасштабных научных симуляций. Третий общественный семинар проекта состоялся 26 октября 2023 года, в нем приняли участие специалисты со всего мира. Подробнее о проекте MFEM можно узнать на сайте https://mfem.org/. Сюнъити Шираива из Принстонской лаборатории физики плазмы выступил с докладом на тему «Моделирование радиочастотных волн в горячей намагниченной плазме». В высокотемпературной плазме диэлектрический отклик на радиочастотные (РЧ) поля обусловлен свободно движущимися заряженными частицами, что, естественно, делает такой отклик нелокальным, и, соответственно, задача Максвелла превращается в интегро-дифференциальное уравнение. Широко используется дифференциальная форма диэлектрического оператора, основанная на разложении по малому k⊥ρ. Однако они обычно включают члены до второго порядка, и поэтому использование такого оператора ограничено волнами, удовлетворяющими условию k⊥ρ 1. Команда Шираивы предлагает альтернативный подход к построению диэлектрического оператора, который включает эффекты конечного радиуса Лармора всех порядков без явного включения производных более высокого порядка. Они используют рациональное приближение тензора диэлектрической проницаемости плазмы в пространстве волновых чисел, чтобы получить дифференциальный оператор, действующий на диэлектрический ток (J). С помощью этого подхода было смоделировано одномерное преобразование мод O-X-B электронной волны Бернштейна в нерелятивистской максвелловской плазме. Обнаружено согласие с аналитическим расчетом и сохранением волновой энергии, переносимой потоком Пойнтинга и тепловым движением электронов («плесканием»). Представлена связь между нашим методом построения и суперпозицией функции Грина для этих экранированных уравнений Пуассона. Также обсуждался подход к расширению оператора в многомерной постановке. LLNL-VIDEO-857837