The simplified δf mixed-variable/pullback electromagnetic simulation algorithm implemented in XGC for core plasma simulations by Cole et al. [Phys. Plasmas 28, 034501 (2021)] has been generalized to a total-f electromagnetic algorithm that can include, for the first time, the boundary plasma in diverted magnetic geometry with neutral particle recycling, turbulence, and neoclassical physics. The δf mixed-variable/pullback electromagnetic implementation is based on the pioneering work by Kleiber and Mischenko et al. [Kleiber et al., Phys. Plasmas 23, 032501 (2016); Mishchenko et al., Comput. Phys. Commun. 238, 194 (2019)]. An electromagnetic demonstration simulation is performed in a DIII-D-like, H-mode boundary plasma, including a corresponding comparative electrostatic simulation, which confirms that the electromagnetic simulation is necessary for a higher fidelity understanding of the electron particle and heat transport even at the low-β pedestal foot in the vicinity of the magnetic separatrix.

1.
J. C.
Cummings
, “
Gyrokinetic simulation of finite-beta and self-generated sheared-flow effects on pressure-gradient-driven instabilities
,” Ph.D. thesis (
Princeton University
,
1995
).
2.
Y.
Chen
and
S. E.
Parker
,
J. Comput. Phys.
189
,
463
(
2003
).
3.
A.
Mishchenko
,
R.
Hatzky
, and
A.
Könies
,
Phys. Plasmas
11
,
5480
(
2004
).
4.
S.
Ku
,
C.
Chang
,
R.
Hager
,
R.
Churchill
,
G.
Tynan
,
I.
Cziegler
,
M.
Greenwald
,
J.
Hughes
,
S.
Parker
,
M.
Adams
 et al.,
Phys. Plasmas
25
,
056107
(
2018
).
5.
T.
Moritaka
,
R.
Hager
,
M.
Cole
,
S.
Lazerson
,
C.-S.
Chang
,
S.-H.
Ku
,
S.
Matsuoka
,
S.
Satake
, and
S.
Ishiguro
,
Plasma
2
,
179
(
2019
).
6.
M. D. J.
Cole
,
R.
Hager
,
T.
Moritaka
,
J.
Dominski
,
R.
Kleiber
,
S.
Ku
,
S.
Lazerson
,
J.
Riemann
, and
C. S.
Chang
,
Phys. Plasmas
26
,
082501
(
2019
).
7.
R.
Hager
and
C. S.
Chang
,
Phys. Plasmas
23
,
042503
(
2016
).
8.
R.
Hager
,
J.
Dominski
, and
C. S.
Chang
,
Phys. Plasmas
26
,
104502
(
2019
).
9.
J.
Dominski
,
C. S.
Chang
,
R.
Hager
,
P.
Helander
,
S.
Ku
, and
E. S.
Yoon
,
J. Plasma Phys.
85
,
905850510
(
2019
).
10.
G.
Merlo
,
J.
Dominski
,
A.
Bhattacharjee
,
C. S.
Chang
,
F.
Jenko
,
S.
Ku
,
E.
Lanti
, and
S.
Parker
,
Phys. Plasmas
25
,
062308
(
2018
).
11.
I.
Holod
and
Z.
Lin
,
Phys. Plasmas
20
,
032309
(
2013
).
12.
R.
Hager
,
J.
Lang
,
C. S.
Chang
,
S.
Ku
,
Y.
Chen
,
S. E.
Parker
, and
M. F.
Adams
,
Phys. Plasmas
24
,
054508
(
2017
).
13.
M.
Cole
,
A.
Mishchenko
,
A.
Bottino
, and
C.
Chang
,
Phys. Plasmas
28
,
034501
(
2021
).
14.
B. J.
Sturdevant
,
S.
Ku
,
L.
Chacón
,
Y.
Chen
,
D.
Hatch
,
M. D. J.
Cole
,
A. Y.
Sharma
,
M. F.
Adams
,
C. S.
Chang
,
S. E.
Parker
, and
R.
Hager
,
Phys. Plasmas
28
,
072505
(
2021
).
15.
J.
Seo
,
C. S.
Chang
,
S.
Ku
,
J. M.
Kwon
,
W.
Choe
, and
S. H.
Müller
,
Phys. Plasmas
21
,
092501
(
2014
).
16.
N. R.
Mandell
,
A.
Hakim
,
G. W.
Hammett
, and
M.
Francisquez
,
J. Plasma Phys.
86
,
905860109
(
2020
).
17.
D.
Michels
,
A.
Stegmeir
,
P.
Ulbl
,
D.
Jarema
, and
F.
Jenko
,
Comput. Phys. Commun.
264
,
107986
(
2021
).
18.
D.
Michels
,
P.
Ulbl
,
W.
Zholobenko
,
T.
Body
,
A.
Stegmeir
,
T.
Eich
,
M.
Griener
,
G. D.
Conway
,
F.
Jenko
, and
ASDEX Upgrade Team
,
Phys. Plasmas
29
,
032307
(
2022
).
19.
A.
Mishchenko
,
M.
Cole
,
R.
Kleiber
, and
A.
Könies
,
Phys. Plasmas
21
,
052113
(
2014
).
20.
A.
Mishchenko
,
A.
Könies
,
R.
Kleiber
, and
M.
Cole
,
Phys. Plasmas
21
,
092110
(
2014
).
21.
A.
Mishchenko
,
M.
Borchardt
,
M.
Cole
,
R.
Hatzky
,
T.
Fehér
,
R.
Kleiber
,
A.
Könies
, and
A.
Zocco
,
Nucl. Fusion
55
,
053006
(
2015
).
22.
A.
Mishchenko
,
A.
Bottino
,
R.
Hatzky
,
E.
Sonnendrücker
,
R.
Kleiber
, and
A.
Könies
,
Phys. Plasmas
24
,
081206
(
2017
).
23.
A.
Mishchenko
,
A.
Bottino
,
A.
Biancalani
,
R.
Hatzky
,
T.
Hayward-Schneider
,
N.
Ohana
,
E.
Lanti
,
S.
Brunner
,
L.
Villard
,
M.
Borchardt
,
R.
Kleiber
, and
A.
Könies
,
Comput. Phys. Commun.
238
,
194
(
2019
).
24.
E.
Lanti
,
N.
Ohana
,
N.
Tronko
,
T.
Hayward-Schneider
,
A.
Bottino
,
B.
McMillan
,
A.
Mishchenko
,
A.
Scheinberg
,
A.
Biancalani
,
P.
Angelino
,
S.
Brunner
,
J.
Dominski
,
P.
Donnel
,
C.
Gheller
,
R.
Hatzky
,
A.
Jocksch
,
S.
Jolliet
,
Z.
Lu
,
J. M.
Collar
,
I.
Novikau
,
E.
Sonnendrücker
,
T.
Vernay
, and
L.
Villard
,
Comput. Phys. Commun.
251
,
107072
(
2020
).
25.
R.
Kleiber
,
R.
Hatzky
,
A.
Könies
,
A.
Mishchenko
, and
E.
Sonnendrücker
,
Phys. Plasmas
23
,
032501
(
2016
).
26.
E. S.
Yoon
and
C. S.
Chang
,
Phys. Plasmas
21
,
032503
(
2014
).
27.
R.
Hager
,
E.
Yoon
,
S.
Ku
,
E.
D'Azevedo
,
P.
Worley
, and
C.
Chang
,
J. Comput. Phys.
315
,
644
(
2016
).
28.
R.
Hager
,
C.
Chang
,
N.
Ferraro
, and
R.
Nazikian
,
Nucl. Fusion
59
,
126009
(
2019
).
29.
D.
Stotler
,
J.
Lang
,
C.
Chang
,
R.
Churchill
, and
S.
Ku
,
Nucl. Fusion
57
,
086028
(
2017
).
30.
S.
Ku
,
R.
Hager
,
C.
Chang
,
J.
Kwon
, and
S.
Parker
,
J. Comput. Phys.
315
,
467
(
2016
).
31.
G.
Chen
,
L.
Chacón
, and
T. B.
Nguyen
,
J. Comput. Phys.
436
,
110185
(
2021
).
32.
M. F.
Adams
,
S.-H.
Ku
,
P.
Worley
,
E.
D'Azevedo
,
J. C.
Cummings
, and
C.-S.
Chang
,
J. Phys.: Conf. Ser.
180
,
012036
(
2009
).
33.
F.
Zhang
,
R.
Hager
,
S.-H.
Ku
,
C.-S.
Chang
,
S. C.
Jardin
,
N. M.
Ferraro
,
E. S.
Seol
,
E.
Yoon
, and
M. S.
Shephard
,
Eng. Comput.
32
,
285
(
2016
).
34.
F.
Hariri
,
P.
Hill
,
M.
Ottaviani
, and
Y.
Sarazin
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
57
,
054001
(
2015
).
35.
K.
Kim
,
C. S.
Chang
,
J.
Seo
,
S.
Ku
, and
W.
Choe
,
Phys. Plasmas
24
,
012306
(
2017
).
36.
S.
Parker
,
R.
Procassini
,
C.
Birdsall
, and
B.
Cohen
,
J. Comput. Phys.
104
,
41
(
1993
).
37.
A.
Mollén
,
M. F.
Adams
,
M. G.
Knepley
,
R.
Hager
, and
C. S.
Chang
, “Implementation of higher-order velocity mapping between marker particles and grid in the particle-in-cell code XGC,”
J. Plasma Phys.
87
(
2
),
905870229
(
2021
).
38.
L. L.
Lao
,
J. R.
Ferron
,
R. J.
Groebner
,
W.
Howl
,
H. S.
John
,
E. J.
Strait
, and
T. S.
Taylor
,
Nucl. Fusion
30
,
1035
(
1990
).
39.
T.
Osborne
, “
efit.py Kinetic EFIT Method
,” arXiv:GA-A27666 (
2013
).
40.
T.
Vernay
,
S.
Brunner
,
L.
Villard
,
B. F.
McMillan
,
S.
Jolliet
,
T. M.
Tran
,
A.
Bottino
, and
J. P.
Graves
,
Phys. Plasmas
17
,
122301
(
2010
).
41.
P.
Trivedi
,
J.
Dominski
,
C. S.
Chang
, and
S.
Ku
,
Phys. Plasmas
29
,
032301
(
2022
).
42.
C. S.
Chang
,
S.
Ku
,
P.
Diamond
,
M.
Adams
,
R.
Barreto
,
Y.
Chen
,
J.
Cummings
,
E.
D'Azevedo
,
G.
Dif-Pradalier
,
S.
Ethier
,
L.
Greengard
,
T. S.
Hahm
,
F.
Hinton
,
D.
Keyes
,
S.
Klasky
,
Z.
Lin
,
J.
Lofstead
,
G.
Park
,
S.
Parker
,
N.
Podhorszki
,
K.
Schwan
,
A.
Shoshani
,
D.
Silver
,
M.
Wolf
,
P.
Worley
,
H.
Weitzner
,
E.
Yoon
, and
D.
Zorin
,
J. Phys.: Conf. Ser.
180
,
012057
(
2009
).
43.
G.
Hu
and
J. A.
Krommes
,
Phys. Plasmas
1
,
863
(
1994
).
44.
G. R.
Tynan
,
I.
Cziegler
,
P. H.
Diamond
,
M.
Malkov
,
A.
Hubbard
,
J. W.
Hughes
,
J. L.
Terry
, and
J. H.
Irby
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
58
,
044003
(
2016
).
45.
S. V.
Novakovskii
,
C. S.
Liu
,
R. Z.
Sagdeev
, and
M. N.
Rosenbluth
,
Phys. Plasmas
4
,
4272
(
1997
).
46.
H.
Sugama
and
T.-H.
Watanabe
,
J. Plasma Phys.
72
,
825
(
2006
).
47.
A.
Mishchenko
,
A.
Bottino
,
T.
Hayward-Schneider
,
E.
Poli
,
X.
Wang
,
R.
Kleiber
,
M.
Borchardt
,
C.
Nuehrenberg
,
A.
Biancalani
,
A.
Koenies
,
E.
Lanti
,
P.
Lauber
,
R.
Hatzky
,
F.
Vannini
,
L.
Villard
, and
F.
Widmer
, arXiv:2203.11983 (
2022
).
48.
G.
Dong
,
J.
Bao
,
A.
Bhattacharjee
, and
Z.
Lin
,
Phys. Plasmas
26
,
010701
(
2019
).
49.
R.
Hager
,
C. S.
Chang
,
N. M.
Ferraro
, and
R.
Nazikian
,
Phys. Plasmas
27
,
062301
(
2020
).
50.
M.-G.
Yoo
,
W.
Wang
,
E.
Startsev
,
C.
Ma
,
S.
Ethier
,
J.
Chen
, and
X.
Tang
,
Nucl. Fusion
61
,
126036
(
2021
).
51.
D.
Chen
,
Y.
Xu
, and
S.
Wang
,
Phys. Plasmas
25
,
062301
(
2018
).
52.
R.
Hager
,
S.
Ku
,
A. Y.
Sharma
,
C. S.
Chang
,
R. M.
Churchill
, and
XGC Team
(
2022
). “Data from figures in ‘Electromagnetic total-f algorithm for gyrokinetic particle-in-cell simulations with the X-point Gyrokinetic Code XGC,’”
PPPL Theory Department ARK,
https://arks.princeton.edu/ark:/88435/dsp015425kd34n.
You do not currently have access to this content.