Gyrokinetic ElectroMagnetic - Gyrokinetic ElectroMagnetic
GEM er en forkortelse for Gyrokinetic ElectroMagnetic . GEM er en gyrokinetisk plasma- turbulenssimulering som bruker partikkel-i-celle- metoden. Det brukes til å studere bølger, ustabiliteter og ikke-lineær atferd ved tokamak-fusjonsplasma. Informasjon om GEM finner du på GEMs webside. Det er to versjoner av GEM, den ene er en flux-rørversjon og den andre er en global generell geometri-versjon. Begge versjoner av GEM bruker et feltjustert koordinatsystem. Joner behandles kinetisk, men i gjennomsnitt over deres gyroobits, og elektronene blir behandlet som drift-kinetisk.
innhold
Modellering av tokamak-plasmaer
GEM løser de elektromagnetiske gyrokinetiske ligningene som er de passende likningene for godt magnetiserte plasmaer. Plasmaet behandles statistisk som en kinetisk distribusjonsfunksjon. Den fordelingsfunksjonen avhenger av den tredimensjonale posisjon, energien og magnetiske moment. Tidsutviklingen av distribusjonsfunksjonen er beskrevet av gyrokinetisk teori som ganske enkelt gjennomsnittet Vlasov-Maxwell av ligninger over den raske gyromotion assosiert med partikler som viser syklotronbevegelse om magnetfeltlinjene. Dette eliminerer raske tidsskalaer knyttet til gyromotion og reduserer dimensjonaliteten til problemet fra seks ned til fem.
Algoritme for å løse likningene
GEM bruker delta-f partikkel-i-celle (PIC) plasmasimuleringsmetode . En utvidelse om en adiabatisk respons blir gjort for elektroner for å overvinne grensen for lite tidstrinn, som er forårsaket av hurtig bevegelse av elektroner. GEM bruker en ny elektromagnetisk algoritme som tillater direkte numerisk simulering av det elektromagnetiske problemet ved høye plasmatrykk. GEM bruker en todimensjonal domenedekomponering (se domenedekomponeringsmetode ) av nettet og partiklene for å oppnå god ytelse på massivt parallelle datamaskiner. En Monte Carlo-metode brukes til å modellere små vinklede Coulomb-kollisjoner .
applikasjoner
GEM brukes til å studere ikke-lineær fysikk assosiert med tokamak plasma turbulens og transport. Tokamak-turbulens drevet av ionetemperatur-gradientmodus, elektron-temperatur-gradientmodus, fangede elektronmodus og mikro-rivningsmodi er undersøkt ved bruk av GEM. Det blir også brukt til å se på energimagnetisk partikkelstyrt magnetohydrodynamisk (se magnetohydrodynamikk ) egenmoder.