Fully conservative scheme for relativistic Vlasov simulation including collision terms

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K21038
• Project/Area Number (Other): 18H05851 (2018)
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund (2019); Single-year Grants (2018)
• Review Section: 0202:Condensed matter physics, plasma science, nuclear engineering, earth resources engineering, energy engineering, and related fields
• Research Institution: National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology (2019); Osaka University (2018)
• Principal Investigator: Shiroto Takashi 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 六ヶ所核融合研究所 核融合炉システム研究開発部, 研究員(任常) (10827520)
• Project Period (FY): 2018-08-24 – 2020-03-31
• Keywords: 計算物理学 / 核融合プラズマ

Outline of Final Research Achievements

In this work, a mass-momentum-energy-conserving scheme for relativistic Landau-Fokker-Planck equation, which has been used for dissipative kinetic plasma simulations, was demonstrated for the first time. In addition, we developed a mass-momentum-energy-conserving discontinuous Galerkin scheme for non-relativistic Rosenbluth-Fokker-Planck equation in order to demonstrate a faster algorithm than the Landau formulation.

Free Research Field

プラズマ物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

非相対論的Fokker-Planck衝突項の保存スキーム開発は1980年代から数多く行われてきたが、相対論的方程式に対する保存スキーム開発は不可能であると認識されてきた。本研究では数学と物理学の関係を離散化レベルで厳密に再現することにより、数十年にわたる未解決問題を解決することに成功した。保存スキームの開発によりこれまでよりも長時間信頼できるシミュレーションが可能となるため、これまで計算資源の都合で議論が困難であったプラズマ物理課題に着手できるようになり、核融合発電の実証に資する。