基于矩方法的先进线性化回旋动理论碰撞算符的发展

报道了陀螺动力学（GK）库仑碰撞算符（Jorge R. et al., J. Plasma Phys. 85, 905850604 (2019)）的线性化版本以及广泛使用的线性化 GK Sugama 碰撞算符（Sugama H. et al., Phys. Plasmas 16, 112503 (2009)）的推导与数值实现。采用了基于扰动陀螺中心分布函数的 Hermite-Laguerre 矩展开的 method，称为陀螺矩展开。该方法允许考虑任意垂直波数，并将两个线性化 GK 算符表示为陀螺矩的线性组合，其中展开系数由依赖于垂直波数以及碰撞物种的温度和质量比的封闭解析表达式给出。还获得了 GK 线性化库仑和 Sugama 算符的漂移动力学（DK）极限。报道了陀螺矩方法与 GK 连续介质代码 GENE 之间的比较，聚焦于离子温度梯度（ITG）不稳定性与带状流（ZF）阻尼，发现极为一致。特别地，我们证明 GK 线性化 Sugama 相较于 GK 线性化库仑对 ZF 残余产生更强的碰撞阻尼。最后，我们表明陀螺矩方法的数值效率随碰撞性增加，这是边界等离子体应用所需的特性。