The accurate prediction of occurrence and strength of kinetic instabilities in plasmas remains a significant challenge in nuclear fusion research. To accurately capture the plasma's dynamics one is required to solve the Vlasov equation for several species which, however, comes with a number of challenges as high dimensionality of the model as well as turbulence and development of fine but relevant structures in the distribution function. The predominantly employed Particle-in-Cell (PIC) method often lacks the accuracy to resolve the dynamics correctly, which can only be remedied by going to higher resolutions but at a prohibitorily high cost due to the high-dimensionality. Thus in this work we discuss the usage of the numerical flow iteration (NuFI) as high fidelity approach, in contrast to e.g. PIC or grid-based approaches, to solve the multi-species Vlasov equation in modes leading to kinetic instabilities.
プラズマにおける運動論的不安定性の発生と強度の正確な予測は、核融合研究における重要な課題であり続けている。プラズマのダイナミクスを正確に捉えるためには、複数の種についてブラソフ方程式を解く必要がある。しかしながら、この方程式は、モデルの高次元性、乱流、そして分布関数における微細でありながら関連性のある構造の発達といった、多くの課題を伴う。主に採用されているParticle-in-Cell (PIC) 法は、ダイナミクスを正確に解像する精度を欠くことが多く、これはより高い分解能にすることでしか改善できないが、高次元性のため法外に高いコストがかかる。そこで本稿では、運動論的不安定性を引き起こすモードにおける多種ブラソフ方程式を解くための、例えばPIC法や格子ベースの手法とは対照的な、高忠実度アプローチとしての数値フロー反復法 (NuFI) の利用について議論する。