Сотрудники кафедры высокопроизводительных вычислений и системного программирования института ИТММ ННГУ и отдела сверхбыстрых процессов ИПФ РАН более 10 лет ведут совместные исследования в области численного моделирования для решения задач лазерной физики. В рамках этих исследований строятся компьютерные модели сложных явлений и процессов, возникающих при взаимодействии сверхсильных лазерных импульсов с веществом. Такие исследования востребованы при решении широкого спектра задач как в фундаментальной науке, так и в приложениях (например, при разработке источников гамма-излучения и компактных ускорителей частиц для медицинской диагностики и лечения онкологических заболеваний). Решение этих задач требует сложных многодневных расчетов с использованием суперкомпьютеров. Заметная доля таких высокопроизводительных вычислений осуществляется на суперкомпьютере ННГУ «Лобачевский».
В результате взаимодействия сотрудников института ИТММ ННГУ и отдела сверхбыстрых процессов ИПФ РАН был разработан и продолжает активно развиваться программный комплекс PICADOR, ориентированный на суперкомпьютерное моделирование взаимодействия лазерного излучения с веществом с учетом квантово-электродинамических (КЭД) процессов. Скорость развития этих процессов сложным образом определяется пространственно-временной динамикой заряженных частиц и лазерных полей и может существенно возрастать при увеличении мощности лазерного излучения. В связи с заметным прогрессом за последние несколько лет в создании мультипетаваттных лазерных систем возникла потребность в эффективных численных методах для моделирования КЭД процессов. В 2020-2022 гг. группой ученых ННГУ, ИПФ РАН и университета Гетеборга был предложен новый метод их расчета, позволивший на порядок ускорить вычисления при решении ряда задач. Научная статья с описанием метода и его апробации [1] была опубликована в журнале Journal of Computational Science (изд-во Elsevier). С использованием разработанного метода проведены исследования движения частиц, излучения гамма-фотонов и развития КЭД каскадов в предельно сфокусированных лазерных импульсах мультипетаваттной мощности. По результатам исследований опубликована серия статей в журналах Physical Review E [2, 3] и Квантовая электроника (английская версия опубликована в журнале Bulletin of the Lebedev Physics Institute) [4-7].
 |
 |
Публикации
[1] V. Volokitin, J. Magnusson, A. Bashinov, E. Efimenko, A. Muraviev, I. Meyerov, “Optimized event generator for strong-field QED simulations within the hi-χ framework”, Journal of Computational Science, v. 74, p. 102170 (2023). https://doi.org/10.1016/j.jocs.2023.102170
[2] A. V. Bashinov, E. S. Efimenko, A. A. Muraviev, V. D. Volokitin, I. B. Meyerov, G. Leuchs, A. M. Sergeev, A. V. Kim, “Particle trajectories, gamma-ray emission, and anomalous radiative trapping effects in magnetic dipole wave”, Phys. Rev. E v. 105, iss. 6, p. 065202 (2022).
[3] E. S. Efimenko, A. V. Bashinov, A. A. Muraviev, V. D. Volokitin, I. B. Meyerov, G. Leuchs, A. M. Sergeev, “Vacuum breakdown in magnetic dipole wave by 10-PW class lasers”, A. V. Kim Phys. Rev. E, v. 106, iss. 1, p. 015201 (2022).
[4] А. А. Муравьев, А. В. Башинов, Е. С. Ефименко, Е. А. Панова, В. Д. Волокитин, И. Б. Мееров, А. В. Ким, А. М. Сергеев, “Пробой вакуума в многопучковой конфигурации магнитодипольной волны”, Квантовая электроника, т. 53, вып. 2, стр. 130–135 (2023); перевод Bull. Lebedev Phys. Inst., v. 50, iss. Suppl 6, pp. S652–S659 (2023).
[5] А. В. Башинов, Е. С. Ефименко, А. А. Муравьев, В. Д. Волокитин, Е. А. Панова, И. Б. Мееров, А. М. Сергеев, А. В. Ким, “О возможности наблюдения радиационных эффектов при взаимодействии сверхмощного лазерного излучения магнитодипольной конфигурации с плазмой”, Квантовая электроника, т. 53, вып.:2, стр. 136–144 (2023); перевод Bull. Lebedev Phys. Inst., v. 50, iss. Suppl 6, pp. S660–S670 (2023).
[6] Е. С. Ефименко, А. В. Башинов, А. А. Муравьев, Е. А. Панова, В. Д. Волокитин, И. Б. Мееров, А. В. Ким, А. М. Сергеев, “Источник гамма-фотонов в мультипетаваттных многопучковых системах электродипольной конфигурации”, Квантовая электроника, т. 53, вып. 2, стр. 145–149 (2023); перевод Bull. Lebedev Phys. Inst, v. 50, iss. Suppl 6, pp. S671–S679 (2023).
[7] Е. С. Ефименко, А. В. Башинов, А. А. Муравьев, Е. А. Панова, В. Д. Волокитин, И. Б. Мееров, А. В. Ким, А. М. Сергеев, “Формирование пучков заряженных частиц в многопучковых системах электродипольной конфигурации мультипетаваттного уровня мощности”, Квантовая электроника, т. 53, вып. 2, стр. 150–156 (2023); перевод Bull. Lebedev Phys. Inst., v. 50, iss. Suppl 6, pp. S680–S688 (2023).
