Electromagnético Gyrokinetic - Gyrokinetic ElectroMagnetic
Gyrokinetic ElectroMagnetic (GEM) es una simulación de turbulencia de plasma girocinético que utiliza el método de partículas en la celda . Se utiliza para estudiar ondas, inestabilidades y comportamiento no lineal de plasmas de fusión tokamak. Puede encontrar información sobre GEM en la página web de GEM. Hay dos versiones de GEM, una es una versión de tubo de flujo y la otra es una versión de geometría general global. Ambas versiones de GEM utilizan un sistema de coordenadas alineado en el campo. Los iones se tratan cinéticamente, pero promediados sobre sus gyro-obits y los electrones se tratan como cinéticos de deriva.
El modelado de los plasmas tokamak
GEM resuelve las ecuaciones girocinéticas electromagnéticas que son las ecuaciones apropiadas para plasmas bien magnetizados. El plasma se trata estadísticamente como una función de distribución cinética. La función de distribución depende de la posición tridimensional, la energía y el momento magnético. La evolución en el tiempo de la función de distribución se describe mediante la teoría girocinética que simplemente promedia el sistema de ecuaciones de Vlasov-Maxwell sobre el giro rápido asociado con partículas que exhiben movimiento de ciclotrón alrededor de las líneas del campo magnético. Esto elimina las escalas de tiempo rápidas asociadas con el movimiento giratorio y reduce la dimensionalidad del problema de seis a cinco.
Algoritmo para resolver las ecuaciones
GEM utiliza el método de simulación de plasma de partículas en celda (PIC) delta-f . Se hace una expansión sobre una respuesta adiabática para que los electrones superen el límite del paso de tiempo pequeño, que es causado por el movimiento rápido de los electrones. GEM utiliza un algoritmo electromagnético novedoso que permite la simulación numérica directa del problema electromagnético a altas presiones de plasma. GEM utiliza una descomposición de dominio bidimensional (ver método de descomposición de dominio ) de la rejilla y las partículas para obtener un buen rendimiento en computadoras masivamente paralelas. Se utiliza un método de Monte Carlo para modelar colisiones de Coulomb de ángulo pequeño .
Aplicaciones
GEM se utiliza para estudiar la física no lineal asociada con la turbulencia y el transporte del plasma tokamak . La turbulencia de Tokamak impulsada por modos de gradiente de temperatura de iones, modos de gradiente de temperatura de electrones, modos de electrones atrapados y modos de microdesgarro se ha investigado utilizando GEM. También se está utilizando para observar los modos propios magnetohidrodinámicos (ver magnetohidrodinámica ) impulsados por partículas energéticas .