vdist-solver-fortran

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Fortran で実装した速度分布ソルバを Python から利用するためのパッケージです。

コアは EMSES 計算結果の上でバックトレース (時間逆行) と、境界に紐付けた ソース分布 (Maxwellian、raycast 光電子、吸収) を組み合わせて位相空間 確率密度を評価します。共有ライブラリを ctypes ラッパ経由で Python から駆動する構成です。

確率・octree・dust current の並列評価には、非ゼロ場でのビット再現性回帰テストが あります。Intel 版は -qopenmp -fp-model precise を使います。 並列実行とコンパイラの説明 および autorange モーメントの許容誤差 を参照してください。

斜め磁場での Maxwellian 源は磁場基準の熱速度分布を回転して評価します。 衝突時刻は実際のステップ時間で補間し、速度範囲推定は周期境界をまたぐ 軌道の折り返し前の変位を使います。詳細は 物理モデル と 速度範囲自動推定 を参照してください。

tier-2 の速度範囲は field bundle を再利用でき、write_range_batch → vdsolverf-batch → read_range_batch_results で計算時の Python を省けます。 bundle と batch の使用例を参照してください。 放出パッチは curf/curfs の密度を含み、境界 Maxwellian と raycast 源は係数が 密度 1 です。源の規格化に従って電流へ換算してください。

必要環境

• gfortran
• make
• fpm
• Python 3.7 以上 (開発は .venv/ 内の 3.12 で実施)

インストール

PyPI からのインストールを推奨します。pip のビルド中に make install が 走り、Fortran 共有ライブラリをビルドして Python package に同梱します。

python -m pip install -U pip setuptools wheel
python -m pip install vdist-solver-fortran

開発版を GitHub から直接入れることもできます。

python -m pip install "git+https://github.com/Nkzono99/vdist-solver-fortran.git"

pip 経由のビルドでは既定で INSTALL_PROFILE=auto を使います。必要なら INSTALL_PROFILE=generic や INSTALL_PROFILE=camphor を環境変数で 指定してください。

INSTALL_PROFILE=generic python -m pip install vdist-solver-fortran

クイックスタート

import emout
from vdsolverf.core import Particle
from vdsolverf.emses import get_backtrace

data = emout.Emout("EMSES-simulation-directory")

ts, probability, positions, velocities = get_backtrace(
    directory=data.directory,
    ispec=0,                             # 0 電子, 1 イオン, 2 光電子
    istep=-1,
    particle=Particle([32, 32, 400], [0, 0, -10]),
    dt=data.inp.dt,
    max_step=300_000,
    output_interval=1,
    use_adaptive_dt=False,
    use_electric_field=True,             # False にすると電場を無効化
    use_magnetic_field=True,             # False にすると背景磁場を含む磁場を無効化
)

この2つのキーワード引数は逆追跡・確率計算・速度範囲推定、および MPI 版で 共通です。既定では両方有効です。無効化した場の出力ファイルは不要です。 逆追跡は MPIEMSES3D の通常の Boris 更新を逆の順序でたどります。 磁場回転と往復性の条件は 物理モデル を参照。

光電子の評価には EMSES の namelist /emissn/ に use_raycast = .true. を設定する必要があります。詳細は Namelist リファレンス を参照。

ドキュメント

サンプルノートブック

• 位相確率分布ソルバと多粒子バックトレース

ライセンス

Apache License 2.0。詳細は LICENSE。