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CALDER

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CALDER

Le code « particle-in-cell » (PIC) CALDER [1], conçu au CEA, permet de simuler, à leur échelle la plus fondamentale, une grande variété de plasmas dont les constituants (électrons, ions), éventuellement relativistes, entrent peu en collision les uns avec les autres. On parle alors de simulation cinétique car, contrairement à l’approche fluide, aucune hypothèse n’est faite sur la forme de la fonction de distribution des vitesses des constituants du plasma. Ce code, parallélisé pour tirer parti des supercalculateurs modernes, fonctionne en géométrie 1D, 2D, 3D, ou quasi 3D avec sa variante CALDER-CIRC. En constante évolution avec l’ajout de modules physiques, il est en mesure de traiter de nombreux problèmes physiques : instabilités dans les plasmas, production de particules et rayonnements énergétiques par interaction entre un faisceau laser ou de particules et une cible gazeuse ou solide, phénomènes astrophysiques, etc. Des développements récents le rendent capable de décrire certains processus atomiques et radiatifs ainsi que de physique des hautes énergies. Cet outil est partagé avec nos collaborateurs académiques.

En haut : Instabilités oblique (OTSI) et de filamentation (CFI) d’un faisceau d’électrons ultrarelativistes se propageant de gauche à droite dans une cible d’aluminium . En bas à gauche : intéraction d’un faisceau d’électrons ultrarelativistes (en blanc, venant de la gauche) avec une feuille métallique (dont les bords sont représentés par les traits verticaux en pointillés), qui se comporte comme un miroir pour le faisceau (en couleur), entraînant une forte émission de rayonnement gamma [2]. En bas à droite : filamentation du faisceau laser PETAL lors de sa propagation, de gauche à droite, dans un plasma [3].

Figure : Trois exemples de simulations réalisées avec CALDER.

En haut : Instabilités oblique (OTSI) et de filamentation (CFI) d’un faisceau d’électrons ultrarelativistes se propageant de gauche à droite dans une cible d’aluminium . En bas à gauche : intéraction d’un faisceau d’électrons ultrarelativistes (en blanc, venant de la gauche) avec une feuille métallique (dont les bords sont représentés par les traits verticaux en pointillés), qui se comporte comme un miroir pour le faisceau (en couleur), entraînant une forte émission de rayonnement gamma [2]. En bas à droite : filamentation du faisceau laser PETAL lors de sa propagation, de gauche à droite, dans un plasma [3].

Publications

  1. E. Lefebvre, N. Cochet, S. Fritzler, V. Malka, M.-M. Aléonard, J.-F. Chemin, S. Darbon, L. Disdier, J. Faure, A. Fedotoff, O. Landoas, G. Malka, V. Meot, P. Morel, M. R. L. Gloahec, A. Rouyer, C. Rubbelynck, V. Tikhonchuk, R. Wrobel, P. Audebert, and C. Rousseaux, “Electron and photon production from relativistic laser–plasma interactions,” Nucl. Fus. 43, 629 (2003) DOI

  2. P. San Miguel Claveria, X. Davoine, J.R. Peterson, M. Gilljohann, I. Andriyash, R. Ariniello, C. Clarke, H. Ekerfelt, C. Emma, J. Faure, S. Gessner, M.J. Hogan, C. Joshi, C.H. Keitel, A. Knetsch, O. Kononenko, M. Litos, Y. Mankovska, K. Marsh, A. Matheron, Z. Nie, B. O’Shea, D. Storey, N. Vafaei-Najafabadi, Y. Wu, X. Xu, J. Yan, C. Zhang, M. Tamburini, F. Fiuza, L. Gremillet, “Spatiotemporal dynamics of ultrarelativistic beam-plasma instabilities,” Phys. Rev. Res. 4, 023085 (2022) DOI

  3. D. Raffestin, L. Lecherbourg, I. Lantuejoul, B. Vauzour, P. E. Masson-Laborde, X. Davoine, N. Blanchot, J. L. Dubois, X. Vaisseau, E. d’Humières, L. Gremillet, A. Duval, C. Reverdin, B. Rosse, G. Boutoux, J. E. Ducret, C. Rousseaux, V. Tikhonchuk, D. Batani, “Enhanced ion acceleration using the high-energy petawatt PETAL laser,” MRE 6, 056901 (2021) DOI