有限温度下离子输运的 Monte Carlo 模拟

我们开发了一种用于热背景气体中离子输运的 Monte Carlo 模拟，这是求解确定离子分布函数的相应 Boltzmann 方程的另一种方法。我们考虑低离子密度极限，此时背景气体的分布函数因与离子碰撞而保持不变。特别关注了正确处理宿主气体粒子的热运动及其对离子的影响，这在低电场下非常重要，此时平均离子能量与宿主气体的热能相当。我们发现了与具有特定速度并与气体粒子碰撞的离子相对应的气体速度的条件概率分布。此外，我们推导了用于分段计算碰撞频率积分的精确解析公式。我们讨论了背景气体为单组分以及为不同气体混合物的情况。此处描述的开发技术对于离子输运的 Monte Carlo 模拟和非平衡等离子体的混合模型是必需的。定义了需要应用该技术的能量范围。我们获得的结果与通过互补方法获得的现有结果非常吻合。在验证了我们的算法后，我们能够对 Ar 中的 Ar$^+$ 离子进行计算，并将其作为热效应的新基准提出。所开发的方法广泛适用于求解物理学许多不同背景下出现的 Boltzmann 方程。