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等离子体粒子模拟及应用

等离子体粒子模拟及应用. 陆全明 Tel:3607657 Email:qmlu@ustc.edu.cn 办公室：教学行政楼 1505. 参考书目. ● 中文 ： 1 、等离子体粒子模拟（邵福球，科学出版社 ,2002 ） 2 、空间等离子体数值模拟（傅作风、胡友秋，安徽科学技术出版社 , 1995 ） ●英文 ： 1. Plasma Physics via Computer Simulation (C. K. Birdsall and A. B. Langdon, New York:McGraw-Hill )

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等离子体粒子模拟及应用

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  1. 等离子体粒子模拟及应用 陆全明 Tel:3607657 Email:qmlu@ustc.edu.cn 办公室：教学行政楼1505

  2. 参考书目 ● 中文： 1、等离子体粒子模拟（邵福球，科学出版社,2002） 2、空间等离子体数值模拟（傅作风、胡友秋，安徽科学技术出版社, 1995） ●英文： 1. Plasma Physics via Computer Simulation (C. K. Birdsall and A. B. Langdon, New York:McGraw-Hill ) 2. Computer Simulation using Particles (Hockney and Eastwood, New York:McGraw-Hill).

  3. 主要内容 • 基本理论 • 静电模型及其应用 • 电磁模型及其应用 • 其他模型及其应用

  4. 第一章 绪论 ●什么是等离子体？ 集体相互作用、准中性 ●等离子体的基本参数 德拜长度 等离子体频率 电子回旋频率 等离子体参量

  5. 等离子体维持的条件 电中性条件 集体相互作用条件 碰撞足够少 另外

  6. 等离子体模拟的方法 • MHD模拟 • 直接求解Vlasov方程 • 粒子模拟

  7. 粒子模拟方法概述 粒子在空面中运动，而电场和电荷电流密度等物理量分配在网格点上。一般的计算步骤如下：①根据粒子所在的具体位置求得其对周围网格点的电荷和电流的贡献，当所有粒子的贡献相加后即得到网格的电荷密度和电流密度，②求解Maxwell方程即得网格点上的电磁场, ③通过插值得到离子和电子处的电磁场，④粒子在Lorentz力的作用下运动。不断循环以上过程，即可求解物理问题。

  8. Particles in anywhere<===>Fields in Grids interpolation Solve particles and fields self-consistently

  9. 和MHD模拟的不同之处 MHD是流体的观点，假定粒子速度分布满足Maxwell分布。空间等离子体非常稀薄，这意味着时间足够长或空间区域足够长。 粒子模拟可假定粒子满足任何分布，有更强的物理基础。它的限制来自算法，适合时间尺度比较短（离子回旋周期），空间尺度不太大（离子惯性长度）。

  10. 粒子模拟的历史 • Buneman(1959),Dawson(1962),点粒子 • Birdsall,粒子云的概念 • 70年代，多维模拟 • 90年代，并行计算

  11. 粒子模拟的一些概念 • 维数 • 不同模型

  12. 超粒子和粒子云的概念 一个超粒子代表N个性质一样的真实的点粒子，这样的主要结果是减少了等离子体参量 ，人为增加了碰撞的效应，用有一定大小的粒子云的概念可减少碰撞效应。

  13. 有限大小粒子对碰撞的影响 考虑点粒子时,粒子之间的作用力随距离增加变小,两粒子无限近时作用力无穷大。 考虑有限大小粒子，当它们相距远时，和点粒子时一样。当两粒子开始重合时，作用力开始下降，当两粒子完全重合时，它们之间的作用力降到零。 效果：不改变远程相互作用，保留集体相互作用，大大降低近距离碰撞。

  14. 一些定量的结果 ● 二维情况 点粒子： 有限大小粒子： ，对半径 为的有限大小粒子， ● 三维情况 点粒子： 有限大小粒子： ，对半径 为的有限大小粒子，

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