纵向等离子体约束中的漂移动力学 PIC 模型
等离子体物理
2026-02-03 v1
摘要
本文提出了一种 1D2V 静电粒子-in-cell (PIC) 模型，采用漂移动力学描述所有粒子类型，旨在模拟轴向对称开放阱中经典纵向等离子体传输。该模型将保能量和守恒电荷的半隐式 PIC 方法推广至具有碰撞的等离子体，并适配其完美导体壁面上的边界条件（带浮动电位）。对库仑碰撞的实现在两组分等离子体中的温度松弛问题上进行了测试，结果表明与解析理论良好一致。由于等离子体的准中性不严格满足，模型能够正确再现壁面处的 ambipolar 电位轮廓。同时，隐式 PIC 模拟的主要优势——能够使用远大于德布伦半径的大网格步长——不会妨碍对近壁电位跳跃的正确建模。该模型顺利再现了已知的德布伦 sheath 理论和 Bohm 准则的结果。将镜像阱中存在恒定粒子源时形成的稳态等离子体轮廓与使用混合代码 MIDAS 的仿真结果进行比较显示，考虑电子动力学的自洽处理会在等离子体电子温度、电位和密度上产生可达 15% 的显著差异。
引用
@article{arxiv.2602.00552,
title = {Drift-kinetic PIC model for simulations of longitudinal plasma confinement in mirror traps},
author = {V. V. Glinskiy and I. V. Timofeev and V. V. Prikhodko},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.00552},
year = {2026}
}