inp_eaberendeev_202408.pdf

• Берендеев Е.А., с.н.с. ИЯФ СО РАН, н.с. ЛБНЗТ НГУ

В рамках работы над проектом создана новая модель частиц в ячейках для полностью кинетического моделирования режимов удержания плазмы с высоким относительным давлением. Эти режимы рассматриваются как наиболее перспективные для термоядерных реакторов на основе конфигураций с обращенным полем, зеркальных и мультикасповых магнитных ловушек. Формирование равновесной плазмы высокого давления с полностью исключенным или обращенным магнитным полем не может быть исследовано с использованием упрощенных магнитогидродинамических и гирокинетических подходов. Правильное описание динамики электронов в непосредственной близости от областей нулевого и сильного магнитного поля может быть достигнуто только в рамках кинетической теории, которая может быть наиболее эффективно реализована методом частиц в ячейках. Полномасштабное моделирование частиц в ячейках современных экспериментов по термоядерному синтезу требует использования конечно-разностных схем, в которых временные шаги превышают период самых быстрых электронных колебаний на плазменных или даже циклотронных частотах, а пространственные шаги не должны разрешать радиус Дебая. Этому требованию удовлетворяют неявные схемы, способные сохранять полную энергию системы. Модель частиц в ячейках, представленная в рамках работы над проектом, основана на энергосберегающем полунеявном подходе в качестве предсказательного шага и новом методе подавления электростатического шума, присущего ему, в качестве корректирующего шага. Этот двухшаговый алгоритм обеспечивает не только точное сохранение энергии, но и точное локальное выполнение закона Гаусса.

• Госзадание, тема 1.3.4.1. «Разработка физических основ и технологических решений для создания термоядерного реактора на основе линейной магнитной ловушки»
• Грант РНФ № 21-72-10071 «Полностью кинетическое моделирование эксперимента по обращению магнитного поля в процессе атомарной инжекции на установке КОТ», руководитель Анненков В.В, 2021-2024 гг.

• Berendeev E.A., Timofeev I.V., Kurshakov V.A. Energy and charge conserving semi-implicit particle-in-cell model for simulations of high-pressure plasmas in magnetic traps // Comput. Phys. Commun. –– 2024. –– Vol. 295. –– Article N◦ -- 109020.