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Collisional gyrokinetic full-f particle-in-cell simulations on open field lines with PICLS

Résumé

Applying gyrokinetic simulations in theoretical turbulence and transport studies for the plasma edge and scrape-off layer (SOL) presents significant challenges. To particularly account for steep density and temperature gradients in the SOL, the "full-f" code PICLS was developed. PICLS is a gyrokinetic particle-in-cell (PIC) code, is based on an electrostatic model with a linearized field equation, and uses kinetic electrons. In previously published results, we applied PICLS to the well-studied 1D parallel transport problem during an edge-localized mode (ELM) in the SOL without collisions. As an extension to this collision-less case and in preparation for 3D simulations, in this work, a collisional model will be introduced. The implemented Lenard-Bernstein collision operator and its Langevin discretization will be shown. Conservation properties of the collision operator, as well as a comparison of the collisional and non-collisional case, will be discussed.

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Électrostatique
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thumb|upright|Le soleil est une boule de plasma. thumb|Lampe à plasma.|168x168px thumb|upright|Les flammes de haute température sont des plasmas. L'état plasma est un état de la matière, tout comme l'état solide, l'état liquide ou l'état gazeux, bien qu'il n'y ait pas de transition brusque pour passer d'un de ces états au plasma ou réciproquement. Il est visible sur Terre, à l'état naturel, le plus souvent à des températures élevées favorables aux ionisations, signifiant l’arrachement d'électrons aux atomes.
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