g4chargeit：基于 Geant4 的介质充电动力学蒙特卡罗模拟
应用物理
2026-02-20 v1 地球与行星天体物理
材料科学
摘要
我们提出了 g4chargeit，一个基于 Geant4 的动力学蒙特卡罗框架，用于自洽地模拟介质中随时间演化的静电充电。该模型显式地使用经验证的 Geant4 交叉截面来包含随机粒子输运和散射过程，同时自洽地演化电势和电场。作为一个代表性应用，我们模拟了在月球平均日侧条件下 regolith 粒子的充电。月球表面，除了其他气体星体，都经常暴露于太阳紫外光子和太阳风等离子体中，形成一种介质相互作用显著的辐射环境。直到现在，regolith 充电的模拟往往依赖简化粒子几何和相互作用机制的解析近似。我们的 Geant4 基于模拟揭示了在颗粒微空洞中的电荷积聚，导致与实验观察一致的库仑排斥力。该框架建立了一个多尺度方法，将微观散射事件链接到表面电荷密度的连续方程以及复杂颗粒几何中宏观表面电荷斑块的形成。虽然以月球 regolith 为演示，但该方法是通用的，可适用于广泛的介质充电问题。该代码已公开于 https://github.com/kgandhi63/g4chargeit.git。
引用
@article{arxiv.2602.17332,
title = {g4chargeit: Geant4-based kinetic Monte Carlo simulations of charging in dielectric materials},
author = {Kush P. Gandhi and Advik D. Vira and William M. Farrell and Nikolai Simonov and Alvaro Romero-Calvo and Thomas M. Orlando and Phillip N. First and Zhigang Jiang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.17332},
year = {2026}
}