一种显式可解的能量守恒磁化等离子体俯仰角散射算法
等离子体物理
2021-10-13 v2 计算物理
摘要
我们针对描述磁化等离子体中俯仰角散射过程的随机微分方程（SDE）开发了显式可解能量守恒（ESEC）算法。采用 Cayley 变换计算确定性回旋运动和随机散射，使该算法可显式求解且精确守恒能量。俯仰角散射 SDE 的一个不寻常性质是其系数在零速度处发散且不满足全局 Lipschitz 条件。因此，当应用欧拉-丸山（EM）等标准数值方法时，难以建立数值收敛性。对于所提 ESEC 算法，其保能特性使我们克服了这一障碍。我们严格证明 ESEC 算法具有 1/2 阶强收敛性。该结果被详细的数值研究证实。对于恒定磁场磁化等离子体中的俯仰角散射情形，数值解与解析解进行了基准比对，发现了极佳的一致性。
引用
@article{arxiv.2010.12920,
title = {An Explicitly Solvable Energy-Conserving Algorithm for Pitch-Angle Scattering in Magnetized Plasmas},
author = {Yichen Fu and Xin Zhang and Hong Qin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2010.12920},
year = {2021}
}