Solving the guiding-center model on a regular hexagonal mesh

Michel Mehrenberger (1, 2) , Laura S. Mendoza (2) , Charles Prouveur (3, 4) , Eric Sonnendrücker (2)

1 TONUS - TOkamaks and NUmerical Simulations
2 IPP - Max-Planck-Institut für Plasmaphysik [Garching]
3 MMCS - Modélisation mathématique, calcul scientifique
4 KALiFFE - Kinetic models AppLIed for Future of Fusion Energy

This paper introduces a Semi-Lagrangian solver for the Vlasov-Poisson equations on a uniform hexagonal mesh. The latter is composed of equilateral triangles, thus it doesn't contain any singularities, unlike polar meshes. We focus on the guiding-center model, for which we need to develop a Poisson solver for the hexagonal mesh in addition to the Vlasov solver. For the interpolation step of the Semi-Lagrangian scheme, a comparison is made between the use of Box-splines and of Hermite finite elements. The code will be adapted to more complex models and geometries in the future.

Dans cet article nous présentons un solveur semi-Lagrangien pour les équations de Vlasov-Poisson sur un maillage hexagonal uniforme. Ce dernier est composé de triangles équilatéraux, ainsi il ne présente aucune singularité, contrairement au maillage polaire. Nous nous concentrons ici sur le modèle centre-guide. À cette fin nous avons développé en plus du solveur pour Vlasov, un solveur de l'équation de Poisson pour maillage hexagonal. Nous comparons les résultats obtenus avec une interpolation par éléments finis d'Hermite et par des Box-splines. Dans l'avenir, ce code sera adapté à des géométries et modèles plus complexes.

Mots clés: hexagonal mesh; guiding-center model; plasma physics

Domaines: Mathématiques [math]; Physique des plasmas [physics.plasm-ph]

Michel Mehrenberger, Laura S. Mendoza, Charles Prouveur, Eric Sonnendrücker. Solving the guiding-center model on a regular hexagonal mesh. ESAIM: Proceedings and Surveys, 2015, 53, pp.149-176. ⟨10.1051/proc/201653010⟩. ⟨hal-01117196v3⟩