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A Linear gyrokinetic model in magnetic coordinates

磁束座標における線形ジャイロ運動論モデル

Jolliet, S.*; Angelino, P.*; Bottino, A.*; 井戸村 泰宏  ; Villard, L.*

Jolliet, S.*; Angelino, P.*; Bottino, A.*; Idomura, Yasuhiro; Villard, L.*

グローバル粒子シミュレーションはイオン系乱流の時間発展を解析するうえで非常に有効な手法であるが、非常に計算コストが高い。このため、より洗練されたシミュレーションを実現するためには、さらにコードを最適化する必要がある。論文ではVlasov方程式を円柱座標(r,z)で解き、Poisson方程式を磁束座標(r,$$theta$$)で解くLORB5コードに関して、どちらの方程式も単一の磁束座標(s,$$theta_*$$)で取り扱うモデルを提案する。ここで、$$theta_*$$はstraight-field-lineポロイダル座標を示す。磁気軸での特異性を避ける手法、Cycloneパラメータを用いたベンチマークについても報告する。

Global particle-in-cell (PIC) simulations are a very useful tool for studying the time evolution of turbulence induced by ion-temperature-gradient (ITG) instabilities. Unfortunately, the linear code LORB5 and its non-linear version ORB5 require high computational power. In order to study more sophisticated models, we need to optimize these codes. We will focus on LORB5, which uses a cylindrical grid (r,z) for solving the Vlasov equation and a (s,$$theta$$) grid for the Poisson equation. The approach presented in this work consists of implementing the gyrokinetic model using a single (s,$$theta_*$$) grid. Here $$theta_*$$ is the straight-field-line poloidal coordinate. A method to avoid the singularity at the magnetic axis is presented, and a benchmark with the CYCLONE case is shown.

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