磁镜中弱碰撞平行传输的半隐式连续动力学建模
等离子体物理
2025-10-09 v3
摘要
我们报告了在磁镜配置中进行的弱碰撞平行等离子体传输的隐式-显式 (IMEX) 动力学仿真，使用 continuum 代码 \textsc{COGENT}。数值方案采用 Jacobian-free Newton--Krylov 方法配合代数多网格预条件化，以克服完全显式方案中由强磁镜力造成的严重时间步限制。应用于与 WHAM 磁镜实验相关的参数时，IMEX 方法使时间步可提高至 倍于显式方法，导致 1D--2V 平行传输（具有动力离子和波尔特赫尔电子）仿真实现 2500 倍加速。此外，实现了一个用于正方形磁镜的简化 bounce-averaged 模型，以支持计算密集型的完全动力学仿真。bounce-averaged 形式用于评估速度空间离散算法的数值收敛性，并通过比较采用非线性 Fokker--Planck 和简化的 Lenard--Bernstein--Dougherty 碰撞算子所进行的仿真来评估碰撞模型的作用。
引用
@article{arxiv.2507.19729,
title = {Semi-Implicit Continuum Kinetic Modeling of Weakly Collisional Parallel Transport in a Magnetic Mirror},
author = {M. Dorf and M. Dorr and V. Geyko and D. Ghosh and M. Umansky and J. Angus},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.19729},
year = {2025}
}