ННГУ и ИПФ РАН сотрудничают в области моделирования электромагнитных каскадов
Сотрудники кафедры высокопроизводительных вычислений и системного программирования института ИТММ Университета Лобачевского 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 годах группой учёных 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 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 и Квантовая электроника (английская версия опубликована в журнале Bulletin of the Lebedev Physics Institute).