Simulationssoftware
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) AFTERLIVEMHD-Testteilchen
Evolution of plasma turbulence excited with particle beams (Lange and Spanier 2012, Astronomy and Astrophysics) GISMOAGN-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
- UNICORN: Ein ortsaufgelöster, zeitabhängiger, leptohadronischer Code, der Fermi-Beschleunigung innerhalb des Codes auf Basis von Fluidschockprofilen berechnen kann. A Numerical Model of Parsec-scale SSC Morphologies and Their Radio Emission (Richter and Spanier 2016, The Astrophysical Journal) )
- UNICORN-0D: Eine Variante von UNICORN, die sämtliche technischen Features enthält, aber eine homogen-isotrope Geometrie (also keine Ortsauflösung) verwendet und Teilchenbeschleunigung auf Basis eines Zweizonemodells berechnet. (AGN neutrino flux estimates for a realistic hybrid model (Richter and Spanier 2018, Astroparticle Physics) )
Eine nähere Beschreibung findet sich hier: UNICORN