Schnelle Raumladungsberechnung in Elementarteilchenbündeln

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Die Entwicklung von Zukunftstechnologien für Teilchenbeschleuniger stellt an die technische Präzision genauso wie an die numerische Simulation der physikalischen Vorgänge enorm hohe Anforderungen. Von großer Bedeutung ist dabei die Frage, wie stark sich kleine Ungenauigkeiten z. B. bei der Emission der Teilchen auf den Beschleunigungsprozess und damit direkt auf den Erfolg der Experimente auswirken. Die effiziente Berechnung der Raumladungsfelder der im Beschleuniger erzeugten Teilchenbündel im dreidimensionalen Raum stellt ein zentrales Problem bei Simulationen dar. Durch die Entwicklung von Mehrgitter-Methoden für Raumladungsberechnungen konnte ein großer Fortschritt auf diesem Gebiet erzielt werden. Die aktuellen Anforderungen verlangen jedoch die Weiterentwicklung zu einem adaptiven Mehrgitter-Verfahren. Wichtige Kriterien dafür sind die Erzeugung einer adaptiven Diskretisierung, die u. a. die Verteilung der Teilchen sowie Sprünge in der Verteilung berücksichtigt, die Erhöhung der Effizienz durch die Generierung geeigneter adaptiver Gitter. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung von effizienten adaptiven Mehrgitter-Algorithmen, die die oben genannten Fragestellungen lösen. Die enge Zusammenarbeit mit Physikern und Ingenieuren ermöglicht es, die neuen Verfahren mit etablierten Methoden zu vergleichen und in realen Anwendungen zu testen.