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A global collisionless PIC code in magnetic coordinates

Résumé

A global plasma turbulence simulation code, ORB5, is presented. It solves the gyrokinetic electrostatic equations including zonal flows in axisymmetric magnetic geometry. The present version of the code assumes a Boltzmann electron response on magnetic surfaces. It uses a Particle-In-Cell (PIC), delta f scheme, 3D cubic B-splines finite elements for the field solver and several numerical noise reduction techniques. A particular feature is the use of straight-field-1 line magnetic coordinates and a field-aligned Fourier filtering technique that dramatically improves the performance of the code in terms of both the numerical noise reduction and the maximum time step allowed. Another feature is the capability to treat arbitrary axisymmetric ideal MHD equilibrium configurations. The code is heavily parallelized, with scalability demonstrated up to 4096 processors and 109 marker particles. Various numerical convergence tests are performed. The code is validated against an analytical theory of zonal flow residual, geodesic acoustic oscillations and damping, and against other codes for a selection of linear and nonlinear tests. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

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Concepts associés (32)
Champ magnétique terrestre
Le champ magnétique terrestre, aussi appelé bouclier terrestre, est un champ magnétique présent dans un vaste espace autour de la Terre (de manière non uniforme du fait de son interaction avec le vent solaire) ainsi que dans la croûte et le manteau. Il a son origine dans le noyau externe, par un mécanisme de dynamo auto-excitée. Dynamo terrestre Selon les études de John Tarduno de l'université de Rochester (États-Unis), la Terre possédait déjà un champ magnétique il y a 3,45 milliards d'années.
Moment magnétique
En physique, le moment magnétique est une grandeur vectorielle qui permet de caractériser l'intensité d'une source magnétique. Cette source peut être un courant électrique, ou bien un objet aimanté. L'aimantation est la distribution spatiale du moment magnétique. Le moment magnétique d'un corps se manifeste par la tendance qu'a ce corps à s'aligner dans le sens d'un champ magnétique, c'est par exemple le cas de l'aiguille d'une boussole : le moment que subit l'objet est égal au produit vectoriel de son moment magnétique par le champ magnétique dans lequel il est placé.
Potentiel vecteur du champ magnétique
Le potentiel vecteur du champ magnétique, ou, plus simplement potentiel vecteur quand il n'y a pas de confusion possible, est une quantité physique assimilable à un champ de vecteurs intervenant en électromagnétisme. Elle n'est pas directement mesurable, mais sa présence est intimement liée à celle d'un champ électrique et/ou d'un champ magnétique. Son unité SI est le kg.C-1.m.s-1. Bien qu'il ait d'abord été introduit uniquement en tant qu'outil mathématique, en mécanique quantique, il a une réalité physique, comme l'a montré l'expérience Aharonov-Bohm.
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Learn the basics of plasma, one of the fundamental states of matter, and the different types of models used to describe it, including fluid and kinetic.
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