PARALLEL ALGORITHM FOR SOLUTION OF PROBLEMS OF CHARGED PARTICLE DYNAMICS BY THE USE OF LOAD BALANCE

Evgeny A. Berendeev, Marina A. Boronina, Vladimir D. Korneev

Abstract


We present new solution methods for dynamics of counter charged beams in accelerators and plasma electrons dynamics in a trap with inverse magnetic mirrors and multipole magnetic walls. The models are based on the particle-in-cell method. These problems require extremely large computations and can be solved by the use of powerful supercomputers only. A modification of the euler-lagrangian decomposition is implemented in order to achieve full and balanced load of computational nodes in case of highly nonuniform particle distribution in space and time.


Keywords


particle-in-cell method, parallel algorithms, load balance, plasma physics, counter beams, particle accelerators

References


Вшивков, В. А. Трехмерное моделирование динамики ультрарелятивистских пучков заряженных частиц: особенности вычисления начальных и граничных условий / В.А. Вшивков, М.А. Боронина // Математическое моделирование. — 2012. — Том

, №2. — С. 67-83.

Хокни, Р. Численное моделирование методом частиц. / Хокни Р., Иствуд Дж. — М.: Мир, 1962

Березин, Ю.А. Метод частиц в динамике разреженной плазмы. / Березин Ю.А.,

Вшивков В.А. — Новосибирск, «Наука», 1980.

Власов, А.А. Теория многих частиц. / Власов А.А. — М.-Л., ГИТТЛ, 1950, 348 с.

Langdon, A.B. Electromagnetic and relativistic plasma simulation models / Langdon A.B, Lasinski B.F. // Meth. Comput. Phys. — 1976. —Vol. 16. — P. 327-366.

Villasenor, J. Rigorous charge conservation for local electromagnetic field solver / Villasenor J., Buneman O. // Computer Phys. Comm. — 1992. — Vol. 69. — P. 306-316.

Dimov, G.I. Feasible scenario of startup and burnup of fusion plasma in ambipolar D-T reactor / Dimov G.I. // Transactions of Fusion Science and Technology. — 2011. — Vol. 59, No.1T. — P. 208-210.

Birdsall, C.K. Particle-in-Cell Charged-Particle Simulation Plus Monte Carlo Collisions With Neutral Atoms, PIC-MCC / Birdsall C.K. // IEEE Trans. Plasma Sci. — 1991. Vol. 19, No. 2. — P. 65-83.

C. Rimbault. GUINEA-PIG: A tool for beam-beam effect study // EUROTeV workshop. — 2006. — Vol. Daresbury, 26-27 April.

Anderson, E. B. ODYSSEUS: A Dynamic Strong-Strong Beam-Beam Simulation for Storage Rings / E. B. Anderson, T. I. Banks, J. T. Rogers // International Computational Accelerator Physics Conference. — 1998.

Bassetti, M. Closed Expression for the Electric Field of a Two-Dimensional Gaussian Charge / M. Bassetti, G. Erskine // CERNISR-ISR-TH/80-06. — 1980.

Kabel, A. A Multi-bunch, Three-dimensional, Strong-strong Beam-beam Simulation Code for Parallel Computers / A. Kabel, Y. Cai. // 9th European Particle Accelerator Conference. — 2004.

Qiang, Ji. Parallel Strong-Strong/Strong-Weak Simulations of Beam-Beam Interaction in Hadron Accelerators / Ji Qiang, Miguel Furman, Robert D. Ryne, Wolfram Fischer, Tanaji Sen, Meiqin Xiao // AIP Conference Proceedings. — 2003. — Vol. 693. — P. 278-281.

Андрианов, А.Н. Подход к параллельной реализации метода частиц в ячейках / Андрианов А.Н., Ефимкин К.Н. // Препринты ИПМ — Москва, 2009 г. — №009, 20c.

Берендеев, Е.А. Реализация эффективных параллельных вычислений при моделировании больших задач физики плазмы методом частиц в ячейках / Берендеев Е.А., Ефимова А.А. // Мат. междунар. конф. «Параллельные вычислительные технологии». Новосибирск, 2012. — C. 380-385.




DOI: http://dx.doi.org/10.14529/cmse140109