库仑碰撞截面在等离子体粒子模拟中的应用

• 作者: 宋萌萌 周前红 孙强 杨薇 董烨
• 来源期刊: 强激光与粒子束
• 关键词: 粒子模拟 库仑碰撞截面 蒙特卡罗方法 TA模型 Nanbu模型 等离子体
• 年，卷（期）: 2021,（3）
• 所属期刊栏目: 粒子束及加速器技术|Particle Beams and Accelerator Technology
• 页码范围: 84-92
• 页数: 9页
• 分类号: O411.3
• 语种: 中文
• DOI: 10.11884/HPLPB202133.200179

摘要

在等离子体粒子模拟中,TA模型和NanBu模型被广泛用于处理库仑碰撞,这两种模型要求每个时间步长内全部粒子参与计算.为了降低参与碰撞的粒子数,提高库仑碰撞的计算效率,提出了一种基于截面的库仑碰撞模拟方法,并给出了库仑碰撞概率的计算公式.采用该方法对不同温度不同密度电子气的弛豫过程进行模拟,分别对比了电子速度分布函数、电子温度以及电子x、y方向上的温度与电子温度之比的模拟值与理论值,验证了该方法的准确性.在相同的小时间步长上,该方法相比TA模型计算效率提升可达40％以上.对于较大的时间步长,该方法仍能得到与理论解近似的模拟结果,相比Nanbu模型,在相同的精度下可取更大的时间步长,计算效率也有所提升.研究表明,该方法同样适用于电子-离子碰撞.因此在提高库仑碰撞计算效率上,该方法具有碰撞粒子数少以及适用于大时间步长的优势.