用于模拟sheared、spreading或逃逸天体等离子体的粒子-in-Cell方法
等离子体物理
2026-02-19 v1 高能天体物理现象
摘要
粒子-in-Cell (PIC) 方法因其简单灵活，已广泛认可为模拟天体环境中无碰撞等离子体物理的全动力学模拟方法。然而，在许多情况下，必须扩展标准PIC算法以包含微尺度模拟中的宏观效应。对于受剪切或膨胀的等离子体，可以将剪切盒和膨胀盒方法纳入PIC，以 accounts for 这些全局效应。对于受局部加速限制空间区域内的等离子体，可以采用漏盒方法，允许封闭盒PIC模拟accounts for 粒子从加速器区域的逃逸。本文审查并改进了包括剪切、膨胀和逃逸在内的PIC模拟方法。我们提供了如何在每种情况下求解Maxwell方程和粒子运动方程的详细数值方法，并引入了类Boris的广义粒子推进器，以解出存在额外力时的动量方程。本工作旨在为PIC中剪切盒、膨胀盒和漏盒算法的实现提供全面参考。
关键词
引用
@article{arxiv.2602.15939,
title = {Particle-in-Cell Methods for Simulations of Sheared, Expanding, or Escaping Astrophysical Plasma},
author = {Fabio Bacchini and Evgeny A. Gorbunov and Maximilien Péters de Bonhome and Paul Els and Konstantinos-Xanthos Argyropoulos and Minh Nhat Ly and Daniel Grošelj},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.15939},
year = {2026}
}