粒子模擬

粒子模擬(PIC)是現代電漿物理和磁約束聚變最重要的理論工具之一，當前普遍採用的粒子模擬方法是John Dawson及其合作者於半個世紀前建立的。

基本信息

• 中文名：粒子模擬

• 類別：理論工具
• 發表：《Physics of Plasmas》
• 創建者：John Dawson

簡介

粒子模擬

2015年10月9日-12日召開的中國科學院超級計算套用大會上，中國科學技術大學秦宏、劉健課題組在近期的系列工作中系統建立了經典粒子-場體系保結構幾何算法的理論框架。該團隊基於新理論框架的《辛PIC算法在射頻波大規模並行模擬中的套用》研究項目榮獲“2015年中國科學院超級計算套用獎-最佳套用獎”。專家對該獲獎項目的評審意見為：“本項目基於辛Particle-in-cell(PIC)方法，通過第一性原理大規模數值模擬，充分利用超算資源，研究多尺度、非線性的射頻波物理過程。在算法構造、大規模模擬實現及物理研究上均具有創新性和重要價值。該系列工作突破了傳統算法的瓶頸，為自主研發世界領先的磁約束聚變模擬程式奠定了系統的理論基礎。同時，算法的有效實施為解決磁約束聚變領域關鍵問題提供了有力工具。”

貢獻

秦宏、劉健課題組發表的新方法為粒子模擬算法建立了一個完全不同的理論框架。這一新方法運用了離散流形、插值微分形式、非正則辛算法等先進數學工具，以保證算法的規範不變、電荷守恆、能量-動量守恆和辛結構守恆。而在目前採用的傳統方法中，實現這些必要的優良特性是不可能的。　
《PhysicsofPlasmas》期刊主編、普林斯頓電漿物理實驗室前主任、麻省理工學院電漿科學和聚變中心前主任RonaldC.Davidson教授最近致函給秦宏教授，祝賀這一重要成果的發表。Davidson教授寫到：“從任何角度來評價，這篇文章都對我們的研究領域做出了傑出貢獻。我相信你們文章提出的具有開創性的方法以及你們發展的一系列幾何模擬算法將為電漿物理開闢一個新的研究領域。這些新方法必將極大程度地改變未來等離子物理學家開展數值模擬研究的工作方式。