Параллельный код для трехмерного моделирования динамики плазмы в открытой ловушке

В докладе представлен трехмерный код для численного моделирования динамики пучково-плазменных процессов в открытой ловушке. Для определенных параметров существует возможность наблюдать вытеснение магнитного поля внутри ловушки инжектированными частицами и формирование конфигурации, необходимой для удержания плазмы (диамагнитный режим). В случае осевой симметрии в цилиндрических координатах было показано, что диамагнитная конфигурация возможна, однако сложная нелинейная природа процессов в диамагнитной ловушке и решающая роль кинетических эффектов требуют применения трехмерного численного моделирования. На основе результатов моделирования можно будет определить необходимые условия формирования и устойчивости диамагнитной конфигурации.
Основой кода служит метод частиц-в-ячейках для гибридной модели, в которой ионы описываются кинетически, а электронная компонента описывается уравнениями МГД. Применяется лагранжево-эйлерова декомпозиция, при которой расчетная область равномерно разрезана вдоль оси z, каждая подобласть обрабатывается одной группой ядер, а частицы в подобласти распределены равномерно между ядрами этой группы, что обеспечивает баланс вычислительной нагрузки. Кроме того, используются специализированные модификации алгоритмов расчета скоростей и координат частиц, плотностей заряда и токов с целью автоматической векторизации вычислений компилятором и, как следствие, сокращению времени работы программы.
Расчеты проведены на процессорах Сибирского суперкомпьютерного центра (ИВМиМГ СО РАН, Новосибирск). Концепция гибридной модели создана в рамках гос.задания ИВМиМГ СО РАН FWNM-2025-0005.