Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg
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Simulationssoftware

Numerische Simulationen sind die wichtigsten Arbeitsmittel in meiner Forschung. Für die verschiedenen physikalischen Anwendungen sind im Laufe der Jahre in meiner Arbeitsgruppe verschiedene Softwarepakete entstanden. Im wesentlichen handelt es sich dabei um Codes, die verschiedene Aspekte der Astroplasmaphysik beleuchten: Von MHD-Fluiden bis hin zur Modellierung von hadronischen AGN-Blobs.

Particle-in-Cell

Particle-in-Cell (PiC) Codes sind eine sehr populäre Methode, um kinetische Plasmen zu simulieren. Die Verteilungsfunktion wird durch Pseudoteilchen dargestellt, die mit elektromagnetischen Feldern auf einem Gitter wechselwirken.

Meine Arbeitsgruppe hat zwei PiC-Codes entwickelt: Für den Produktionsbetrieb ACRONYM (The Influence of the Mass Ratio on Particle Acceleration by the Filamentation Instability (Kilian, Burkart, and Spanier 2012, High Performance Computing in Science and Engineering '11) ). ACRONYM wird für Simulationen in der Astrophysik, der Weltraumphysik und auch für Laborplasmen in der Teilchenphysik eingesetzt. Mittlerweile wird ACRONYM von einem Konsortium aus mehreren Ländern weiterentwickelt.

Mehr zu ACRONYM

Zusätzlich wurde ein weitere parallelisierter PiC Code komplett in C++11 entwickelt: PICPANTHER: A simple, concise implementation of the relativistic moment implicit particle-in-cell method (Kempf, Kilian, Ganse, Schreiner, and Spanier 2015, Computer Physics Communications) . PiCPANTHER ist frei verfügbar und enthält die grundsätzlichen Elemente von ACRONYM. Durch die konsequente Verwendung von modernem C++11 ist PiCPANTHER ein leicht verständlicher und portabler Code

Vlasov-Hybrid

Ein anderer Ansatz Probleme der kinetischen Plasmaphysik zu lösen, ist der Afterlive: A performant code for Vlasov-Hybrid simulations (Kilian, Schreiner, and Spanier 2018, Computer Physics Communications) AFTERLIVE

MHD-Testteilchen

Evolution of plasma turbulence excited with particle beams (Lange and Spanier 2012, Astronomy and Astrophysics) GISMO

AGN-Modellierung

Die Modellierung Aktiver Galaxien Kerne basiert meist auf einer Lösung der Vlasov-Gleichung zusammen mit Strahlungsprozessen und einer Strahlungstransportgleichung. Auf Grund der hohen Komplexität und der Größe von AGN-Jets nehmen die meisten AGN-Modelle eine homogen-isotrope Emissionsregion an, in der die Vlasov-Gleichung nur noch eine Impulsdimension hat.

Die wichtigsten Unterscheidungen von Modellen sind meist die zwischen leptonischen und lepto-hadronischen Modellen, sowie die Unterscheidung von statischen und dynamischen Modellen.

In meiner Arbeitsgruppe wurden im Laufe der Jahre mehrere Simulationscodes entwickelt. Die zur Zeit aktuellen sind

Eine nähere Beschreibung findet sich hier: UNICORN

Verantwortlich: Felix Spanier, letzte Änderung am 12.10.2020 14:23 CEST
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