混合 PIC 激波模拟中的粒子输运：一种诊断方法的比较
空间物理
2019-10-23 v1 等离子体物理
摘要
近期的原位与遥感观测表明，与激波加速粒子相关的输运机制可能是反常的{即此类粒子的均方位移（MSD）随时间非线性标度}。我们利用自洽的混合 PIC 等离子体模拟，模拟了与日球层激波参数相容的准平行激波，并深入了解了该系统中的粒子输运。对于与激波相互作用的超热粒子，我们分别在上游与下游区域计算其 MSD。在激波上游和/或下游足够长时间地追踪超热粒子，在粒子等离子体模拟中会带来问题，例如粒子系综统计性较差以及轨迹片段时间长度不一。因此，我们引入基于单粒子轨迹的时间平均均方位移（TAMSD）作为一种附加技术，以处理上游与下游区域的输运机制。对于上游高能粒子群体，MSD 与 TAMSD 一致，且均强烈指示超扩散输运，与行星际激波观测相符。下游处 MSD 与 TAMSD 也相当一致，同样发现了反常输运的迹象。TAMSD 显示了下游粒子群体扩散性质的异质性，从陷于激波处产生的强磁场涨落中的粒子的亚扩散行为，到透射并远离激波的粒子的超扩散行为。
引用
@article{arxiv.1909.12646,
title = {Particle transport in hybrid PIC shock simulations: A comparison of diagnostics},
author = {D. Trotta and D. Burgess and G. Prete and S. Perri and G. Zimbardo},
journal= {arXiv preprint arXiv:1909.12646},
year = {2019}
}
备注
Accepted for publication in MNRAS. 17 pages, 12 figures