Modellierung und Validierung von Feldionisation in parallelen Particle-in-Cell-Codes


Modellierung und Validierung von Feldionisation in parallelen Particle-in-Cell-Codes

Garten, M.

Die Modellierung von Feldionisation in Particle-in-Cell(PIC)-Codes ist eine wichtige Voraussetzung zur Untersuchung der Wechselwirkung hochintensiver, ultrakurzer Laserpulse mit Materie. Es existieren bereits zahlreiche Modelle, die akkurate Vorhersagen im Bereich nicht-relativistischer Intensitäten und oberhalb atomarer Zeitskalen treffen können. Weiterhin existieren auch zahlreiche PIC-Codes, die für den Einsatz auf CPUs konzipiert wurden und Feldionisation berücksichtigen. Das Ziel dieser Arbeit ist die Modellierung von Feldionisation auf neuen, hochparallelen GPU-Architekturen. Diese werden in den letzten Jahren verstärkt für wissenschaftliche Simulationen eingesetzt und bieten einen deutlichen Geschwindigkeitsvorteil gegenüber CPUs. Die Modellierung von Feldionisation auf GPGPUs birgt einige Herausforderungen und es ist das erweiterte Ziel dieser Arbeit, die Implementierung auch zu verifizieren. Dabei wird ein Einblick in die Schwierigkeiten gegeben, die bei der Anwendung existierender Ionisationsmodelle durch Einschränkungen der Modelle selbst, des PIC-Schemas sowie der Plasmadynamik zu beachten sind. In Folge dieser Arbeit wurde PIConGPU, der derzeit schnellste, vollständig relativistische Particle-in-Cell-Code der Welt, um ein allgemeines Werkzeug zur Modellierung von Ionisation erweitert. Dieses ermöglicht die Simulation neuer und spannender physikalischer Anwendungsfälle im Bereich der Laser-Plasmaphysik.

Keywords: Particle-In-Cell; field ionization; GPGPU; PIConGPU; ADK; BSI

  • Master thesis
    HZDR, TU Dresden, 2015
    Mentor: Prof. Dr. Thomas Cowan, Prof. Dr. Ulrich Schramm, Dr. Michael Bussmann
    0097 Seiten

Permalink: https://www.hzdr.de/publications/Publ-23518
Publ.-Id: 23518