一种高阶 Boris 积分器
数值分析
2015-07-24 v2 数值分析
摘要
本文介绍了用于积分电场和磁场中带电粒子运动方程的高阶 Boris-SDC 方法。Boris-SDC 依赖于 Boris 积分器与谱延迟校正 (SDC) 的结合。SDC 可被视为一种预条件的 Picard 迭代，用于计算配点方法的级数。在此解释下，逆预条件器对应于使用低阶方法进行一次扫描。在 Boris-SDC 中，Boris 方法（一种基于 velocity-Verlet 的二阶洛伦兹力积分器）被用作扫描器/预条件器。所提出的方法提供了一种通用途径，将经典 Boris 积分器（广泛用于几乎所有涉及磁场的基于粒子的等离子体物理模拟）扩展为高阶方法。本文展示了该方法在不同模拟设置下的稳定性、收敛阶数和守恒性质。Boris-SDC 在单粒子情形以及 Penning 阱中粒子云质心的情形下均复现了预期的高阶收敛性，并表现出良好的长期能量稳定性。
引用
@article{arxiv.1409.5677,
title = {A high-order Boris integrator},
author = {Mathias Winkel and Robert Speck and Daniel Ruprecht},
journal= {arXiv preprint arXiv:1409.5677},
year = {2015}
}