QUILL – трёхмерный численный КЭД-код, реализующий метод «частиц в ячейках»

QUILL (simulator for QUantum effects in Intense Laser-pLasma interactions) – полностью трёхмерный параллельный код, реализующий метод «частиц в ячейках» (particle-in-cell, PIC), разработанный в Институте прикладной физики РАН. Насколько нам известно, это первый PIC-код, где был реализован квантовоэлектродинамический (КЭД) Монте-Карло-алгоритм для исследования развития электрон-позитронных каскадов.

В коде возможно моделирование следующих процессов с использованием метода Монте-Карло:
- излучение фотонов электронами в сильных полях, а также эффекты «радиационного трения»
- рождение электрон-позитронных пар гамма-фотонами (процесс Брейта-Уилера)
- рождение электрон-позитронных пар из вакуума в экстремально сильных полях
- полевая ионизация

Для решения уравнений Максвелла могут использоваться алгоритмы NDFX (реализованный в коде VLPL А. Пухова) и FDTD.
Движение квазичастиц в коде может описываться алгоритмами Вея или Бориса.

Основные публикации, описывающие код:

Е.Н. Неруш, И.Ю. Костюков. Моделирование эффектов квантовой электродинамики в сверхсильном лазерном поле. Вопросы атомной науки и техники 68(4), 3-7 (2010).
http://vant.kipt.kharkov.ua/ANNOTAZII_2010/annotazii_2010_4_3.html

E.N. Nerush, I.Yu. Kostyukov, et al. Laser Field Absorption in Self-Generated Electron-Positron Pair Plasma. Phys. Rev. Lett. 106, 035001 (2011).
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.106.035001

E.N. Nerush, I.Yu. Kostyukov, et al. Gamma-ray generation in ultrahigh-intensity laser-foil interactions. Phys. Plasmas 21, 013109 (2014).
http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4863423

Публикации с результатами, полученными с помощью QUILL:

E.N. Nerush, I.Yu. Kostyukov. Carrier-envelope phase effects in plasma-based electron acceleration with few-cycle laser pulses. Phys. Rev. Lett. 103, 035001 (2009).
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.103.035001

N.V. Elkina, A.M. Fedotov, I.Yu. Kostyukov, et al. QED cascades induced by circularly polarized laser fields. Phys. Rev. S.T.A.B. 14, 054401 (2011).
https://journals.aps.org/prab/abstract/10.1103/PhysRevSTAB.14.054401

A.A. Soloviev, M.V. Starodubtsev, et al. Two-screen single-shot electron spectrometer for laser wakefield accelerated electron beams. Rev. Sci. Instrum. 82, 043304 (2011).
http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.3585862

V.F. Bashmakov, E.N. Nerush, I.Yu. Kostyukov, et al. Effect of laser polarization on quantum electrodynamical cascading. Phys. Plasmas 21, 013105 (2014).
http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4861863

D.A. Serebryakov, E.N. Nerush, I.Yu. Kostyukov. Incoherent synchrotron emission of laser-driven plasma edge. Phys. Plasmas 22, 123119 (2015).
http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4938206

A.A. Golovanov, I.Yu. Kostyukov, et al. Beam loading in the bubble regime in plasmas with hollow channels. Phys. Plasmas 23, 093114 (2016).
http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4962565

I.I. Artemenko, I.Yu. Kostyukov. Ionization-induced laser-driven QED cascade in noble gases. Phys. Rev. A 96, 032106 (2017).
https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.96.032106

Д.А. Серебряков, Е.Н. Неруш. Эффективная генерация гамма-излучения при наклонном падении сверхмощных лазерных импульсов на плоский плазменный слой. Квантовая электроника 46 (4), 299-304 (2016).
http://mi.mathnet.ru/qe16372

И.Ю. Костюков, Е.Н. Неруш, А.М. Пухов. Влияние поляризации лазерного излучения на ускорение электронов и генерацию бетатронного излучения. Вопросы атомной науки и техники 68(4), 82-84 (2010).
http://vant.kipt.kharkov.ua/ANNOTAZII_2010/annotazii_2010_4_82.html