Параллельный алгоритм решения задач динамики заряженных частиц с учетом балансировки вычислительной нагрузки
Автор: Берендеев Евгений Андреевич, Боронина Марина Андреевна, Корнеев Владимир Дмитриевич
Статья в выпуске: 1 т.3, 2014 года.
Бесплатный доступ
Рассмотрены задачи динамики встречных пучков заряженных частиц в ускорителях и динамики плазменных электронов в ловушке с инверсными магнитными пробками и мультипольными магнитными стенками. Модели построены на основе метода частиц в ячейках. Такие задачи требуют большого объема вычислений и могут быть решены только с применением мощных суперЭВМ. Для равномерной и полной загрузки вычислительных узлов выполнена модификация эйлерово-лагранжевой декомпозиции в случае существенно неравномерного распределения частиц по пространству и по времени.
Метод частиц в ячейках, параллельные алгоритмы, балансировка нагрузки, физика плазмы, встречные пучки, ускорители частиц
Короткий адрес: https://sciup.org/147160525
IDR: 147160525 | УДК: 123.456,
Parallel algorithm for solution of problems of charged particle dynamics by the use of load balance
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.
Список литературы Параллельный алгоритм решения задач динамики заряженных частиц с учетом балансировки вычислительной нагрузки
- 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 24, №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., Ефимкин К.Н. Подход к параллельной реализации метода частиц в ячейках//Препринты ИПМ им. М.В.Келдыша. 2009. № 9. 20 с. URL: http://library.keldysh.ru/preprint.asp?id=2009-9
- 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.
