基于速度精确流的非相对论粒子模拟保体积粒子积分器

我们基于在恒定电场与磁场存在下粒子运动方程的精确流，利用分裂方法构造了非相对论粒子的粒子积分器。该积分器与标准 Boris 积分器类似，具有保体积特性，适用于粒子模拟中的长期积分。数值测试表明，其精度显著优于先前具有二阶精度的保体积积分器。例如，在 $E \times B$ 漂移测试中，该积分器分别比 Boris 积分器和基于回旋运动精确解的积分器精度高三个和两个数量级。此外，借助组合方法，我们推导了计算代价低的近似积分器以及具有四阶到十阶精度的高精度积分器。这些积分器同样保体积。研究还表明，Boris 积分器等价于本文推导的近似积分器中最简单的情况。