电磁场中相对论带电粒子轨迹的保结构二阶积分
等离子体物理
2017-05-24 v1
摘要
推导了在时间上居中因而二阶的、用于积分电磁场中带电粒子相对论动量的方法。通过对动量在用于磁旋转项之前进行平均，找到了一种新方法，并给出了一种实现，其不同于相对论Boris Push [1]之处仅在于计算洛伦兹因子的方式。这表明其具有与[1]（通过分离电加速和磁旋转发现）和[2]（通过在磁旋转项中平均速度发现）相同的时间二阶精度。所有三种方法在无电场时均显示能量守恒。Boris方法和当前方法被证明是保体积的，而[2]的方法和当前方法保持速度。因此，在这些二阶相对论动量积分中，只有此处引入的积分器同时保体积并给出正确的速度。虽然所有方法都具有时间二阶误差，但它们彼此之间的偏差项随着运动变得相对论性而增大。数值结果表明，[2]在测试问题的共振轨道附近产生能量误差，而两个保体积积分器都不会。
引用
@article{arxiv.1701.05605,
title = {Structure-preserving second-order integration of relativistic charged particle trajectories in electromagnetic fields},
author = {Adam V. Higuera and John R. Cary},
journal= {arXiv preprint arXiv:1701.05605},
year = {2017}
}