BEACH ドキュメント
BEACH は、三角形表面上の電荷から電場を求め、その場の中で荷電粒子を追跡し、 吸収された粒子の電荷を表面へ蓄積するシミュレータです。
場の源は表面電荷と指定した外場で、吸収・放出による変化は次のバッチの場へ反映します。
入門チュートリアルを始める · BEACH の計算サイクルを先に確認する
最初の 30 分
Section titled “最初の 30 分”初めて使う場合は、次の順に進めてください。各ページは前のページの出力を引き継ぎます。
- インストール —
beachとbeachxを使える状態にする。 - 入門チュートリアル — プラズマ中の金属板が電流の釣り合う浮遊電位まで帯電する様子を、見積もりと比べる。
- 出力ファイルを調べる —
summary.txtとcharges.csvを読む。 - 実行・再開する — 10000 batch の結果を 10001 batch へ再開する。
- トラブルシューティング — lint、実行、出力、再開の失敗を切り分ける。
公式入門ケースは、帯電の結果を解析的な見積もりと比べられる小さなケースです。研究ケースの正常終了は、 結果の収束や物理的妥当性を意味しません。研究へ使う前に 計算結果の妥当性確認 を行ってください。
BEACH が扱う範囲
Section titled “BEACH が扱う範囲”| BEACH が直接扱うもの | 別モデルまたは適用範囲外のもの |
|---|---|
| 三角形要素ごとの表面電荷 | 空間中の粒子電荷を自己無撞着に解く体積 plasma |
| 表面電荷と指定した外場が作る電場・電位 | 衝突を含む計算領域外の plasma 輸送 |
| batch 中に固定した場での荷電粒子軌道 | 物体内部の誘電分極・抵抗性伝導 |
| 表面への吸収・放出と batch ごとの電荷更新 | 一般の二次電子放出・散乱モデル |
| 必要に応じた計算領域上端の準定常境界応答 | 時間変化する外部 sheath や完全な速度分布 solver |
通常の表面電荷更新サイクルと particles.tracking.dt_s、run.batch.duration_s、batch_count の違いは
BEACH の計算サイクルで図解しています。外部 sheath を接続する場合の分担は
Zhao closureを参照してください。
目的から選ぶ
Section titled “目的から選ぶ”| 目的 | 読む順序 |
|---|---|
| 研究ケースを作る | ケースを設計する → beach.tomlを作成・検証する → 実行する → 結果を検証する |
| 粒子源や表面モデルを選ぶ | 粒子をどこから入れるか → 表面はどう帯電するか |
| open 境界と return を構成する | 境界から粒子を流入させる → 粒子の escape と return |
| 光電子を扱う | 光電子の放出とライフサイクル |
| 太陽風と光電子の中の周期表面を扱う | プラズマ中の周期表面を設定する → 外部シースとの接続 → 電子の drift と上流の帯 |
| 場ソルバや周期境界を選ぶ | 場の評価 → periodic2 静電場 |
| 出力を可視化する | 後処理チュートリアル → Python API |
| ソースを変更する | アーキテクチャ → 開発とテスト |
ドキュメントの構成
Section titled “ドキュメントの構成”概要、インストール、最初の実行を順に説明します。電子と陽子のプラズマに置いた金属板が、 両者の電流が釣り合う浮遊電位まで帯電する様子を、手計算の見積もりと比べるところまで確認できます。
ケースを作る
Section titled “ケースを作る”目的から形状、粒子源、境界条件、場 solver を選び、設定を検証して実行・再開するまでを 実際の作業順に並べています。
結果を調べる
Section titled “結果を調べる”最初の合否確認、可視化、数値・物理妥当性の検証、問題診断を扱います。正常終了、数値収束、 物理的妥当性を別々に確認します。
モデルを理解する
Section titled “モデルを理解する”通常の計算サイクル、表面帯電、粒子源、光電子、open 境界、Zhao 定常シース、periodic2、matching plane、
run.batch.duration_s を説明します。通常経路を先に読み、高度な model は必要なページだけを選びます。
リファレンス
Section titled “リファレンス”入力パラメータ、出力形式、数値手法の詳細、Python API、 Fortran API は、先頭から読むのではなく検索して使う資料です。
開発者ガイド
Section titled “開発者ガイド”アーキテクチャ、開発とテスト、 物理リリース検証、生成された依存関係マップをまとめています。
| 内容 | 正本 |
|---|---|
| 実装済みの挙動と不変条件 | SPEC.md と Fortran 実装 |
| 入力キー、型、機械検証 | schemas/beach.schema.json |
| 出力ファイルの生成条件 | schemas/beach.output-manifest.json |
| 操作手順 | このサイトのチュートリアルとユーザーガイド |
| 数式、前提、適用限界 | モデル・数値手法の各ページ |
