New conservative gyrokinetic full- Vlasov code and its comparison to gyrokinetic particle-in-cell code

新しい保存系ジャイロ運動論的full-ブラゾフコード及びそのジャイロ運動論的PICコードとの比較

井戸村 泰宏   ; 井田 真人; 徳田 伸二; Villard, L.*

Idomura, Yasuhiro; Ida, Masato; Tokuda, Shinji; Villard, L.*

及びノルムを保存する有限差分オペレータを用いて新しい保存系ジャイロ運動論的ブラゾフコードを開発した。ノルムの保存により数値振動の成長が抑制されるため、コードは数値的に安定であり、長時間シミュレーションにおいてもロバーストである。スラブ配位イオン温度勾配駆動(ITG)乱流シミュレーションにおいて、エネルギー保存及びエントロピーバランス関係式を確認し、従来の PICコードと計算結果のベンチマークを行った。この結果、保存系ブラゾフシミュレーションにおける厳密な粒子保存及び良好なエネルギー保存は長時間の微視的乱流シミュレーションを行ううえで有効であることが示された。PICコードとの比較においては、ブラゾフコード及びPICコードにおける非線形性の物理的・数値的影響を明らかにした。

A new conservative gyrokinetic full- Vlasov code is developed using a finite difference operator which conserves both the and norms. The growth of numerical oscillations is suppressed by conserving the norm, and the code is numerically stable and robust in a long time simulation. In the slab ion temperature gradient driven (ITG) turbulence simulation, the energy conservation and the entropy balance relation are confirmed, and solutions are benchmarked against a conventional particle-in-cell (PIC) code. The results show that the exact particle number conservation and the good energy conservation in the conservative Vlasov simulation are advantageous for a long time micro-turbulence simulation. In the comparison, physical and numerical effects of the nonlinearity are clarified for the Vlasov and PIC simulations.