Using PIC-plasma model in the numerical simulation of a relativistic Cherenkov plasma maser

Abstract

Relativistic Cherenkov plasma maser experiments in General Physics Institute are supported by the well-developed theory of the plasma-beam interaction. Direct numerical schemes for simulation specific experimental conditions are used alongside with common theoretical ideas. Numerical simulation in this work was done trough the using code KARAT with non-linear PIC-method (particle-in-cell) for plasma electrons as well as for beam electrons.

Експерименти, що проводжуються у тривалий час в лабораторії ІЗФАН, підтримані розвинутою теорією плазмово-пучкової взаємодії. Наряду з загальними теоретичними розглядами для моделювання конкретних умов експерименту вживаються прямі чисельні схеми. Чисельне моделювання в даній роботі було здійснене за допомогою коду КАРАТ, тобто рівняння Максвела були розв’язані чисельно за допомогою явної кінцево-різницевої схеми. Щільність струму J в законі Ампера обчислюється для пучка методом великих часток (PIC - particle in cell- методом), а для плазми або також, або за допомогою розв’язання рівняння холодної одно рідинної МГД у лінійному наближенні.

Эксперименты, проводимые в течении длительного времени в лаборатории ИОФАН, поддержаны хорошо развитой теорией плазменно-пучкового взаимодействия. Наряду с общими теоретическими рассмотрениями для моделирования конкретных условий эксперимента применяются прямые численные схемы. Численное моделирование в данной работе было выполнено посредством кода КАРАТ, т.е. уравнения Максвелла решались численно с помощью явной конечно-разностной схемы. Плотность тока J в законе Ампера вычисляется для пучка методом крупных частиц (PIC- particle in cell- методом), а для плазмы либо также, либо в линейной приближении путем решения уравнения холодной одножидкостной МГД.