Padé-based arbitrary wavelength polarization closures for full-F gyro-kinetic and -fluid models
我们提出了一个解决方案，长期存在的短波长偏振闭合不足的全F陀螺流体模型。这是通过首先找到一个适当的二次形式的陀螺流体力矩的偏振部分的陀螺中心哈密顿。其次，我们推导出基于Padé的近似后一个表达式，产生一个偏振电荷密度与所需的精度顺序，并保留线性偏振效应的任意波长。拟议的封闭具有适当的节能和预期的Oberbeck-Boussinesq和长波长限制。
2020-03-02 physics.plasm-ph
The initial value problem in Lagrangian drift kinetic theory
现有的高阶变分漂移动力学理论包含非物理的快速变化的模式，没有看到在低阶。这些非物理模式可能会迅速振荡、衰减或增长，是由于传统的高阶漂移动力学理论未能保持其母模型初始值问题的结构而引入的（静电学的弗拉索夫-泊松，弗拉索夫-达尔文或弗拉索夫-麦克斯韦）电磁学。简而言之，在传统的高阶变分漂移动力学理论中，系统相空间被非物理地扩大了。我提出了一种替代方案，“重整化”变分漂移动力学理论，显然尊重父模型的初始值问题。这种替代方法的基本原理是高阶漂移动力学理论应该通过截断所有阶系统相空间拉格朗日量而不是通常的“场+粒子”拉格朗日量来推导。为了清楚起见，首先通过高阶变分漂移动力学的有限维玩具模型的镜头来讲述这个故事，随后讨论类似的全漂移动力学结果。重整化漂移动力学系统，而只是作为传统的配方准确，不支持麻烦的快速变化的模式。
2015-12-25 physics.plasm-ph
Optimal Landau-type closure parameters for two-fluid simulations of plasma turbulence at kinetic scales
Ruhr University Bochum（波鸿鲁尔大学）
本文研究了在等离子体湍流动能尺度下，使用Landau型闭合参数的两流体模拟方法，证明其能有效重现完全动能模拟结果，为大规模模拟提供替代方案。
2025-09-10 physics.comp-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
Capturing Secondary Kinetic Instabilities in Three-Dimensional Dayside Reconnection Using an Improved Gradient-Based Closure
Princeton University（普林斯顿大学）；Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）
本研究利用改进的梯度基闭合模型，通过模拟2015年MMS事件，提升了对三维日侧重联中二次动能不稳定性及湍流生成的捕捉能力。
2026-02-18 physics.plasm-ph
The temporal evolution of the kinetic drift-Alfven instability of plasma shear flow
等离子体剪切流动力学漂移-阿尔芬不稳定性的线性非模态动力学理论揭示了时间非模态增长随时间增长的速率。剪切模在离子上的湍流散射加速了这种增长。由于剪切流中漂移波和Alfven波的频率随时间的变化，当漂移波和Alfven波的耦合破坏时，不稳定性停止增长。
2013-04-21 physics.plasm-ph
Variable-moment fluid closures with Hamiltonian structure
本文基于 Scovel-Weinstein 思想提出了一个构造 Vlasov-Poisson 系统流体矩闭合的一般框架，该框架在任意空间维度下精确保持系统的哈密顿结构，支持任意大的有限矩集合，并可通过调整闭合哈密顿量实现数据驱动的流体闭合。
2023-08-04 math-ph math.MP physics.plasm-ph
A geometric Particle-In-Cell discretization of the drift-kinetic and fully kinetic Vlasov-Maxwell equations
本文将对偶网格几何 Particle in Cell 框架扩展至无规范漂移动力学 Vlasov--Maxwell 模型，通过推导仅涉及电磁场的离散作用量原理，构建了含极化与磁化项且可直接耦合完全动力学模型的宏观 Maxwell 方程。
2025-04-02 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Identification of high order closure terms from fully kinetic simulations using machine learning
KU Leuven（鲁汶大学）
大规模等离子体系统的模拟通常基于流体近似方法。这些模型构建了一个基于矩的方程系统，将基于粒子的物理学近似为流体，但因此缺乏完全动力学模型可用的小尺度物理过程。传统上，经验闭合关系用于闭合基于矩的方程组，其通常近似压力张量或热通量。闭合关系越精确，模拟越接近基于动力学的结果。在本文中，新的封闭项构造使用机器学习技术。两种不同的机器学习模型，多层感知器和梯度提升回归器，从2D磁重联问题的完全动力学模拟中合成压力张量和热通量矢量的局部闭合关系。的模型进行了比较，现有的封闭关系的压力张量，并讨论了模型的适用性。初步结果表明，该模型可以准确地捕捉压力张量的对角分量，并显示出有希望的结果的热通量，开辟了新的实验在多尺度建模的方式。我们发现，用于训练这两个模型的采样点在其准确性发挥了资本的作用。
2022-03-24 cs.LG physics.comp-ph physics.plasm-ph
Radially local approximation of the drift kinetic equation
提出了一种新的漂移动力学方程的径向局部近似。新的漂移动力学方程同时包含了${\bf E} \times {\bf B}$和切向磁漂移项，并且在径向局域近似下不需要附加粒子项和能量项就能得到定态解，这对数值模拟是有利的。这些解决方案满足新古典粒子通量的准对称性的存在下，磁场强度的内在双极性条件。另外，本文还提出了另一个径向局域漂移动力学方程，由此导出了轴对称和准对称系统中新经典输运熵产生的正定性和新经典输运系数的Onsager对称性，同时牺牲了新经典粒子通量的双极性条件.
2016-03-23 physics.plasm-ph
An introductory guide to fluid models with anisotropic temperatures Part 2 -- Kinetic theory, Padé approximants and Landau fluid closures
在无碰撞流体模型指南的第2部分中，我们集中讨论朗道流体闭包。这些封闭是由哈米特和帕金斯开创的，并允许将无碰撞的朗道阻尼严格纳入流体框架。朗道阻尼是传统流体模型和无碰撞动力学理论的鲜明区别，也是通常流体模型不能收敛到动力学描述的主要原因，即使在长波低频极限下也是如此。我们首先简要介绍动力学理论，在那里我们详细讨论了等离子体色散函数$Z(ζ)$，和相关的等离子体响应函数$R(ζ)=1+ζZ(ζ)=-Z'(ζ)/2$。然后，我们考虑一个1D（静电）的几何形状，并作出重大努力，映射所有可能的朗道流体封闭，可以在四阶矩水平。这些封闭的平行时刻具有普遍的有效性，从最大的天体物理尺度下降到德拜长度，我们验证了它们的有效性，考虑的例子（质子和电子）朗道阻尼的离子声学模式，和电子朗道阻尼的朗缪尔模式。我们继续考虑高阶矩比四阶矩更高阶的一维闭包，正如第1部分所得出的结论，如果没有朗道流体闭包，这是不可能的。我们表明，它是可以重现线性朗道阻尼流体框架中的任何所需的精度，从而显示收敛的流体和无碰撞动力学的描述。然后，我们考虑一个3D（电磁）的几何结构中的gyrotropic（长波长低频率）的限制和地图的所有封闭，可在四阶矩水平。在附录A中，我们提供了$R(ζ)$直到8阶极点的Padé逼近的综合表，其中许多以解析形式给出。
2019-11-08 physics.plasm-ph
Reduced drift-kinetics with thermal velocity distribution across magnetic field
本研究的目的是发展一个近似的自洽描述强磁化日冕中的粒子运动。我们推导出一组简化的漂移动力学方程的基础上的假设，陀螺速度分布是麦克斯韦。使用简单的一维模型的方程进行测试。
2016-01-31 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Non-modal kinetic theory of the hydrodynamic drift instabilities of plasma shear flows
将等离子体剪切流的动力学漂移不稳定性的非模态动力学理论[Phys.Plasmas，18，062103（2011）]扩展到等离子体剪切流中的流体动力学离子温度梯度和电阻漂移不稳定性的长时间演化的研究。我们发现，这些流体动力学不稳定性通过在剪切流中的时间演化的动力学阶段的演变。在线性理论中，这种演变涉及到时间依赖性，由于流动剪切，有限拉莫尔半径的影响，这导致了非模态效应的频率和增长率随时间的推移而下降的不稳定性。
2012-08-30 physics.plasm-ph
A Learned Closure Method Applied to Phase Mixing in a Turbulent Gradient-Driven Gyrokinetic System in Simple Geometry
我们提出了一种新的方法，制定关闭，从动力学模拟数据学习。我们应用这种方法在一个简单的回旋湍流系统的相混合-温度梯度驱动的湍流在一个未剪切板。封闭，称为学习多模式（LMM）封闭，构造，首先，提取一个最佳的基础，从一个非线性动力学模拟，使用奇异值分解（SVD）。随后的非线性流体模拟投影到这个基础上，并使用结果来制定关闭。我们比较封闭与其他封闭计划在广泛的相关二维参数空间（碰撞和梯度驱动）。我们发现，湍流动力学系统产生的相混合速率远低于线性预期，LMM封闭是能够捕获。我们还比较了径向热通量。一个Hammett-Perkins封闭，推广到包括碰撞效应，在整个参数空间是相当成功的，产生~14%的均方根（RMS）误差。LMM闭包也非常有效：当在三（两）点（在35点参数网格中）训练时，LMM闭包产生9%（12%）RMS误差。LMM过程可以很容易地推广到其他闭包问题。
2021-10-06 physics.plasm-ph
Renormalized non-modal theory of the kinetic drift instability of plasma shear flows
以Kelvin剪切模方法或所谓的非模方法为基础，发展了等离子体剪切流在磁场中漂移不稳定性的线性和重整化非线性动力学理论。该理论证明了有限离子Larmor半径的时间效应是非均匀电场中漂移湍流抑制的关键。这种效应导致不稳定漂移扰动的频率和增长率随时间的非模态下降。我们发现，湍流散射的离子gyrophase是占主导地位的效果，这决定了非常迅速的抑制剪切流中的漂移湍流。
2011-01-13 physics.plasm-ph
Wave-number-dependent closure condition for fluid moment equations
Advanced Energy Science and Technology Guangdong Laboratory（广东先进能源科学与技术实验室）；Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院近代物理研究所）；Center for Intense Laser Application Technology, and College of Engineering Physics, Shenzhen Technology University（深圳技术大学工程物理学院强激光应用技术中心）；Institute of Applied Physics and Computational Mathematics（应用物理与计算数学研究所）；State Key Laboratory of Heavy Ion Science and Technology, Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院近代物理研究所重离子科学技术国家重点实验室）
本文提出一种波数依赖的闭合条件，用于三时刻流体方程，以保持主要色散关系，并通过Padé近似系数映射到碰撞less Vlasov-Poisson系统的动能根，实现精确的动能标度。
2026-04-29 physics.plasm-ph
Application of the phase space action principle to finite-size particle plasma simulations in the drift-kinetic approximation
在漂移动力学近似下，建立了强磁化等离子体的有限尺寸粒子数值模型。我们使用的相空间行动作为替代以前的变分制剂的基础上低的拉格朗日或一个非正则泊松括号的哈密顿。该变分原理的有用性质是它允许粒子坐标和速度的独立变换，即，粒子相空间中的变换利用这种变换，通过对有限自由度的全动力作用进行时间平均，得到有限自由度的漂移动力作用。漂移动力学拉格朗日密度的变化导致自洽的，宏观粒子和场的数值模型。由于计算粒子仅利用引导中心坐标和速度，因此在算法的时间积分部分中存在较大的计算优势。时间平均的全动力学和漂移动力学的电荷和电流，沉积在计算网格之间的数值比较，提供了洞察模型的有效性范围。该算法基于一个变分原理，尊重基本连续系统的能量守恒性质。本文的发展进一步强调了在等离子体粒子模拟中使用变分方法的优点。
2014-08-03 physics.plasm-ph
Solving Triad Reduced Interactions for Drift Kinetic Equations
我们提出了TRIDK代码，这是用Python编写的，解决了漂移动力学方程组的三元组减少相互作用。四维漂移动力学方程组在大于离子回转半径的尺度上捕获了磁化等离子体的非线性电磁（或静电）相互作用。在TRIDK代码中，非线性相互作用使用嵌套二十面体-十二面体壳在波空间中的复合物来建模，这允许在大跨度尺度上执行计算有效的模拟。这种简化的方法捕获了基本的非线性动力学，同时允许在速度空间中发生并行混合。其目的是提供一种经济有效的方法来探测线性和非线性动力学之间的平衡，并分析线性朗道阻尼和湍流之间的相互作用。
2021-09-23 physics.plasm-ph
Gyrokinetic ion and drift kinetic electron model for electromagnetic simulation in the toroidal geometry
电子的动力学效应对长波长磁流体动力学（MHD）不稳定性和短波长漂移Alfvenic不稳定性都很重要，因为非绝热电子可以与低频不稳定性相互作用，改变和驱动低频不稳定性。提出了一种新的守恒分裂权方法，用于托卡马克等离子体中漂移动力学电子的电磁场模拟，该方法在不牺牲物理特性的前提下，不受垂直网格尺寸对电子趋肤深度的数值约束，具有很大的计算优势.利用该模型验证了动力学Alfven波和无碰撞撕裂模的存在，并已将其应用于GTC程序中。该模型将用于微撕裂模和基于第一性原理的新经典撕裂模的模拟。
2017-02-05 physics.plasm-ph
Kinetic magnetohydrodynamics and Landau fluid closure in relativity
Princeton University（普林斯顿大学）；Institute for Advanced Study（高等研究院）
本文提出一种相对论框架下的弱碰撞等离子体模型，通过推导漂移动能方程，引入新的兰道流体闭合方法，以捕捉相对论等离子体的各向异性热流。
2026-11-09 astro-ph.HE gr-qc physics.plasm-ph
A Drift-Kinetic Analytical Model for SOL Plasma Dynamics at Arbitrary Collisionality
本文导出了一个描述任意碰撞度下托卡马克装置刮除层区等离子体动力学的漂移动力学模型。我们的配方是基于一个gyroaveraged拉格朗日描述的带电粒子运动，和相应的漂移动力学玻尔兹曼方程，包括一个完整的库仑碰撞算子。使用厄米-拉盖尔速度空间分解的陀螺平均分布函数，一组方程来发展的展开系数。通过计算库仑碰撞算符的矩，可以研究任意碰撞度下任意远离平衡态的分布函数。在高碰撞极限的流体封闭，相应的流体方程与以前推导的流体模型进行了比较。
2017-11-27 physics.plasm-ph
Temperature gradient driven heat flux closure in fluid simulations of collisionless reconnection
最近的努力，包括动力学效应的流体模拟等离子体已经非常有前途。关于无碰撞的磁重联，以前已经发现，在某些情况下，将压力张量阻尼到各向同性会导致与动力学运行的良好一致性。在Wang等人的一项研究（Phys. Plasmas，第22卷，2015年，012108）中，通过Hammett和Perkins的早期工作（PRL，第64卷，1990年，3019年）获得了重连中动力学效应的准确表示。在这里，他们的方法进行了分析的基础上的热通量数据从弗拉索夫模拟。因此，我们提出了一个新的局部封闭，其中热通量是由温度梯度驱动的。这样，实现了在无碰撞状态下的朗道阻尼的更现实的近似。以前的问题得到解决，并在不同的重连设置与动力学模拟的协议显着改善。据作者所知，新的流体模型是第一个在模拟大型磁岛合并方面表现良好的模型。
2018-01-23 physics.plasm-ph
New closures for more precise modeling of Landau damping in the fluid framework
Hammett和Perkins PRL（1990）通过获得流体层次的封闭性，率先将动力学效应（如朗道阻尼）纳入流体框架，其中回转热通量波动或四阶回转流体力矩的偏差通过低阶流体力矩表示。为了获得围绕双麦克斯韦分布函数展开的流体模型的闭合，出现在动力学理论中的通常的等离子体色散函数$Z(ζ)$或相关的等离子体响应函数$R(ζ)=1 + ζZ(ζ)$必须用适当的Padé近似来近似，使得闭合对于所有$ζ$值都有效。这样的闭包是罕见的，并且Hammett和Perkins的原始闭包经常被使用。在这里，我们提出了一个完整的映射所有合理的朗道流体封闭，可以在四阶矩的水平上构建的回旋极限，我们确定最精确的封闭。此外，通过考虑在高阶矩的1D闭包，我们表明，它是可能的再现线性朗道阻尼流体框架中的任何所需的精度，从而显示收敛的流体和无碰撞动力学的描述。
2018-09-15 physics.plasm-ph
A comparison of Vlasov with drift kinetic and gyrokinetic theories
对在磁轴附近电场为零的轴对称平衡的动力学考虑表明，在Vlasov理论框架内，del f在轴上不应为零，而在漂移动力学和陀螺动力学理论框架内，它既可以为零，也可以不为零（f是相关粒子分布函数，也可以是引导中心分布函数）。这种不同的行为，涉及到减少相空间，导致损失的弗拉索夫常数的运动，可能会导致在减少相空间中的不同电流的建设比弗拉索夫的。这一结论表明，在磁约束等离子体中心区域高能粒子物理方面，约化动力学理论的影响存在一定的局限性。
2011-04-03 physics.plasm-ph
Four-dimensional drift-kinetic model for scrape-off layer plasmas
在漂移约化极限下，导出了一个能描述任意碰撞度下托卡马克装置刮除层区的四维等离子体模型。该模型的基础是由漂移动力学方程，保留了完整的非线性库仑碰撞算子，并描述了任意远离平衡分布函数。通过将分布函数对垂直速度的依赖关系在Laguerre多项式基上展开，并对垂直速度积分，得到一组分布函数展开系数的四维矩方程。库仑碰撞算子，以及泊松方程，明确评估的垂直速度矩的分布函数。
2020-08-21 physics.plasm-ph
Investigating the Lower Hybrid Drift Instability in Reconnecting Current Sheets Using a Hybrid Kinetic Model (ssV Code)
本研究利用ssV代码的混合动力学模型，探究再连接电流片中低杂漂移不稳定性的非线性演化，发现其可增强反常电阻并可能促进快速磁重联。
2025-10-07 physics.plasm-ph
Suppression of phase mixing in drift-kinetic plasma turbulence
在线性等离子体中，自由能通过相混合从大速度空间尺度转移到小速度空间尺度导致朗道阻尼。在湍流漂移动力学等离子体中，这种传输在统计上几乎被从小到大的速度空间尺度的逆传输所抵消，这是由于等离子体回波的随机形式所激发的“反相混合”模式。因此，流体矩（密度、速度、温度）近似与分布函数的较高矩在能量上隔离，因此当等离子体碰撞性小时，相混合作为耗散机制是无效的。
2016-03-22 physics.plasm-ph
Drift instabilities in thin current sheets using a two-fluid model with pressure tensor effects
在流体模型中整合动力学效应对于地球磁层的全球模拟非常重要。我们使用一个双流体十矩模型，其中包括压力张量，并已被用来研究重联，研究的漂移扭结和较低的混合漂移不稳定性。使用非局部线性本征模分析，我们发现，对于扭结模式，十矩模型显示出良好的协议与动力学计算与重联模拟中使用的相同的封闭模型，而电磁和静电低杂波不稳定性需要建模的离子共振的影响，使用朗道流体封闭。与动力学模拟和全球磁层模拟的结果的影响进行了比较讨论。
2019-03-22 physics.plasm-ph physics.space-ph
Benchmark of the Local Drift-kinetic Models for Neoclassical Transport Simulation in Helical Plasmas
在此报告了基于几个局部漂移动力学模型的新古典输运程序的基准。这里，漂移动力学模型是ZOW、ZMD、DKES样的和全局的，如在[Matsuoka et al.，Physics of Plasmas 22，072511（2015）]。基准中采用了HSX、LHD和W7-X的磁几何结构。研究发现，当$\boldsymbol E \times \boldsymbol B$与磁漂移速度相比足够大时，$\boldsymbol E \times \boldsymbol B$不可压缩性的假设导致了模型间新经典径向通量和平行流的差异。另一方面，当$\boldsymbol E \times \boldsymbol B$和磁漂移速度是可比的，切向磁漂移，这是包括在全球和ZOW模型，填补了抑制非物理峰值的新古典径向通量在其他本地模型在$E_r \simeq 0$。特别是在低碰撞等离子体中，切向漂移效应很好地抑制了模拟中引起的径向输运的非物理行为。结果表明，ZOW模型具有减轻非物理行为的优势，在几个磁几何形状，它也实现了在LHD的自举电流的计算成本较低的全球模型相比，评估。
2016-12-19 physics.plasm-ph
A quasi-neutral electromagnetic hybrid model with drift-kinetic electrons and fully kinetic ions
Max Planck Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
提出一种准中性假设下的漂移动理学电子与全动理学离子混合模型，采用几何粒子网格方法离散，通过隐式-显式分裂方案松弛法拉第定律的时间步长限制，并成功再现多种冷等离子体波分支。
2026-05-22 physics.plasm-ph
Drift-kinetic PIC simulations of plasma flow and energy transport in the magnetic mirror configuration
本文利用漂移动力学PIC模型模拟磁镜中等离子体流动与能量输运，验证了高密度区模型与流体模型的一致性，并研究了碰撞对捕获电子及温度、电场分布的影响。
2025-01-26 physics.plasm-ph
A drift-kinetic method for obtaining gradients in plasma properties from single-point distribution function data
在本文中，我们推导出一个新的漂移动力学方法估计梯度的等离子体的性质，通过在一个单一的点的速度空间分布。梯度与分布函数的无梯度特征本质上相关。该方法预测了磁化分布函数中的梯度，并能预测旋光背景分布函数中任意矩的梯度。该方法允许在拉莫尔半径尺度上估计密度和压力梯度，证明比航天器目前可用的任何方法都能解决更小的尺度。该模型进行了验证与一组完全动力学的VPIC粒子在细胞模拟。
2020-07-09 physics.plasm-ph physics.space-ph
On the nonlinear stability of a quasi-two-dimensional drift kinetic model for ion temperature gradient turbulence
我们研究了准二维静电漂移动力学系统作为近边缘离子温度梯度（ITG）驱动的湍流模型。在线性稳定的条件下，证明了该系统的非线性稳定性.这个证明是使用对角化的线性动力学，也与非线性$E\times B$平流交换变换。对于线性不稳定存在的情况下，一个推论，发现禁止非线性能量转移之间的适当定义的稳定和不稳定的模式。据推测，这可以解释非线性陀螺动力学模拟中的线性本征模的保存。基于此属性，降维（$\infty\times\infty \rightarrow 1$）系统的推导，可能是有用的理解周围的迪米特临界梯度的动力学。
2015-04-15 physics.plasm-ph
Variational mean-fluctuation splitting and drift-fluid models
在回顾了标准Vlasov理论中分裂平均流和波动动力学的变分方法之后，将同样的方法应用于Littlejohn的引导中心运动理论中的漂移动力学方程。这个过程揭示了一个新的光漂移有序流体（漂移流体）模型，其各向异性压力张量，然后详细考虑。此外，目前的漂移流体模型是通过插入磁化条款，确保动量守恒完成。磁化电流也被证明是导致具有挑战性的方面时，漂移流体模型耦合到麦克斯韦方程的电磁场的演变。为了克服这些困难，提出了一种简化的导向中心理论及其在混合动力学-流体模型中的可能应用。
2020-02-18 physics.plasm-ph
Kinetic fluid moments closure for a magnetized plasma with collisions
本文提出了一种新的方法，其目标是在任意碰撞情况下，获得磁化等离子体的动力学矩闭合。预期的第一个应用是托卡马克边缘和刮削层等离子体。每个物种的速度分布函数在8个高斯径向基函数（GRBFs），这基本上是移位麦克斯韦在8个代表性的三维速度漂移点扩展。8个流体矩的矢量（用于粒子密度、3个粒子通量、总能量密度和3个能量通量）与3D真实空间中的8个GRBF密度权重的矢量具有8 x 8解析线性矩阵关系。每个物种的8个流体矩与源在时间上提前，而8个GRBF权重从8x8逆矩阵确定。两个闭合矩（应力张量和能量加权应力张量）由GRBF权重线性确定。最重要的是，非线性库仑-福克-普朗克碰撞算子的速度矩[Rosenbluth等人，物理学修订版107，1957年]是从GRBF权重中计算出来的。从8推广到12，16，20..，在能量加权矩层次中是简单的。电场由广义涡度（准中性电流连续性）方程得出。强漂移序近似可以用来消除任何虚假的不稳定的高频回旋运动。本文提出了一种新的弱漂移有序两时间步长方法，该方法通过跟踪离子回旋运动，避开了涡度方程，利用离子回旋平均得到电场。包含低β磁扰动是简单的。
2019-01-08 physics.plasm-ph
A drift kinetic model for the expander region of a magnetic mirror
本文提出了一个热等离子体在磁喷管外自由膨胀的漂移动力学模型。这个问题涉及等离子体空间推进系统、自然环境（例如太阳风）和来自镜面磁约束聚变概念（例如气体动力阱）的扩展器区域的端部损失。该模型结合了捕获和通过轨道类型中遇到的镜面膨胀器的几何形状和映射到上游的热分布。这种边界条件和准中性要求产生$\sim5 T_e/e$的双极电位降，从而形成电子的热势垒。电子和离子的速度分布和流体力矩的模型确认与数据从一个完全的动力学模拟。最后，该模型被扩展到占人口的快速晃动离子所产生的中性束加热磁镜内，再次导致良好的协议与相应的动力学模拟。
2021-05-04 physics.plasm-ph
Four-dimensional equations for the study of electromagnetic plasma turbulence in a drift kinetic limit
对于直磁引导场中的磁化等离子体，我们导出了一组四维动力学方程，它可以在漂移动力学极限下捕捉电磁湍流。为了做到这一点，我们从陀螺运动方程出发，在垂直速度方向上采用拉盖尔分解，只保留占主导地位的gyroaverage贡献和只有前两个拉盖尔矩的电磁波动源。该模型保存自由能，并可以描述电磁湍流的等离子体之间的过渡流体和gyrokinetic制度（$k_\perp ρ_i\approx 1$范围内的尺度），占主导地位的有限拉莫尔半径（FLR）的影响被认为是。除了位置空间中的三维，我们保留了平行速度依赖性，我们通过厄米表示来描述。采用这个系统，但没有任何其他物理为基础的假设等离子体的物种，可以偏置的结果，将使我们能够调查流体的影响如何过渡到动力学范围，并分析电磁等离子体湍流的空间和速度空间混合之间的相互作用。
2021-09-07 physics.plasm-ph
Implicit discretization schemes for full-kinetic ion and drift-kinetic electron simulations
Southwestern Institute of Physics（西南物理研究院）；Department of Physics, University of Colorado at Boulder（科罗拉多大学博尔德分校物理系）；Institute of Plasma Physics, Chinese Academy of Science（中国科学院等离子体物理研究所）
该研究提出全动力学离子和漂移动力学电子的电磁等离子体模拟模型FIDES，用隐式垂直欧姆定律和新颖隐式平行安培定律求解电场，通过多种模拟验证其处理高频物理能力及优势，还开发二阶粒子推进方案抑制奇偶解耦并保持精度。
2026-07-13 physics.plasm-ph
An asymptotic-preserving 2D-2P relativistic Drift-Kinetic-Equation solver for runaway electron simulations in axisymmetric tokamaks
本文提出了一种渐近保持（AP）、一致收敛的相对论性碰撞漂移动力学方程（rDKE）数值格式，用于模拟轴对称环形磁场中的逃逸电子.该方法是来自一个精确的格林函数解与数值近似的量化影响，并导致一个简单的，两步操作分裂算法，由碰撞欧拉步骤，和拉格朗日轨道积分步骤与分析规定的内核。该方法的AP字符的主要数值误差的分析表明，以及通过数值实验。我们证明了该算法的能力，提供准确的答案，无论等离子体碰撞的圆形轴对称托卡马克几何形状。
2021-05-04 physics.comp-ph physics.plasm-ph
In Search of a Data Driven Symbolic Multi-Fluid 10-Moment Model Closure
在流体模型中考虑动力学效应是磁重联和等离子体物理中长期存在的问题。一般来说，压力张量被简化为标量，这是一个近似值，用于帮助模拟大规模的全球系统，如地球的磁层。不幸的是，这忽略了重要的动力学物理，而动力学物理已被证明在无碰撞制度中发挥着至关重要的作用。另一方面，多流体10矩模型保留了完全对称的压力张量。10阶矩模型是通过将Vlasov方程的矩取到二阶来构造的，并且包括标量密度、矢量整体流和对称压力张量，总共10个单独的分量。使用多流体10-力矩模型需要截断级联方程系统的闭合。在这里，我们希望利用数据驱动的方法来寻求一个封闭，这可能会提高物理保真度的10时刻多流体模型在无碰撞制度。具体来说，我们使用稀疏识别的非线性动力学（SINDy）方法的符号方程的发现，寻求截断关闭从完全动力学粒子在细胞模拟数据，这本身就保留了相关的动力学物理。我们通过从PIC粒子数据中再现10阶矩模型来验证我们的方法，并使用该方法生成一个封闭截断10阶矩模型，该模型通过重联的非线性相进行分析。
2023-01-21 physics.comp-ph physics.data-an physics.plasm-ph
Quasilinear drift kinetic theory of alpha particle transport by neoclassical tearing modes
本文建立α粒子与新经典撕裂模相互作用的准线性漂移动力学理论，解释NTM导致显著通行α粒子输运的机制，并指出其仅适用于小振幅情形。
2024-11-19 physics.plasm-ph
Drift-Kinetic Modeling of Particle Acceleration and Transport in Solar Flares
基于漂移动力学理论，我们建立了一个太阳耀斑中粒子加速和输运的模型。该模型描述了粒子分布函数的演变漂移动力学弗拉索夫方程，这使我们能够直接比较模拟结果与观测的实际参数范围内的太阳日冕的数值模拟。利用这个模型，我们研究了耀斑区电子分布的时间演化。模拟确定了两个主要机制的电子加速。一个是在闭合回路的顶部的电子感应加速器加速，其增强了垂直于磁场线的电子速度。另一种是开放磁场线中的惯性漂移加速度，它产生反日电子。所得的速度空间分布显著偏离各向同性分布。前一种加速可能是辐射环顶非热辐射的电子的产生机制，而后者是从太阳逃逸的电子，应该通过行星际空间的原位测量来观察，并通过等离子体不稳定性产生无线电爆发。
2010-03-11 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Wave kinetics of drift-wave turbulence and zonal flows beyond the ray approximation
非均匀漂移波湍流可以建模为一个有效的等离子体，漂移波作为量子粒子和带状流速度作为一个集体场，通过它们相互作用。这种有效等离子体可以由Wigner-Moyal方程（WME）描述，该方程将准线性波动力学方程（WKE）推广到全波状态，即，解析波长标度。与明显由类量子方程控制的波不同，其WME可以从量子力学中借用，并且是众所周知的，漂移波的哈密顿量与传统量子粒子的哈密顿量非常不同。这导致了通常不会被WKE捕获的不寻常的相空间动态。我们演示了如何正确地模拟这种动态与WME。具体而言，我们报告的带状流形成（zonostrophic不稳定），恶化（三级不稳定），和所谓的捕食者-猎物振荡的全波相空间模拟。我们还展示了如何WME有利于分析这些现象，即：（一）我们表明，全波效应严重影响的纬向不稳定，特别是它的非线性阶段和饱和度;（二）我们得出的第三不稳定增长率;（三）我们表明，保留全波效应，捕食者-猎物振荡不需要带状流碰撞阻尼，与以前的研究相反。我们还展示了如何著名的瑞利-郭准则，这一直失踪的漂移波湍流的波动力学理论，出现从WME。
2018-05-29 physics.plasm-ph
Non-local parallel transport in BOUT++
非局部封闭允许在流体模拟中包括对平行运输的动力学影响。这在刮除层中特别重要，但为了在那里有用，非局部模型需要鞘层处一致的动力学边界条件。一个非局部的封闭计划的基础上解决的动力学方程，使用对角化的时刻扩展先前已报道。我们推导出一种方法施加动力学边界条件，在这个计划，并讨论其实施BOUT++。为了使其可行的实现代码中的边界条件，我们导致将非局部模型转换为不同的矩基，更好地适应于描述并行动力学。新的基础有一个额外的好处，使关闭计算的实质性优化，在O（10）的非本地代码的加速。
2014-05-23 physics.plasm-ph
Electron transport parameters in CO$_2$: scanning drift tube measurements and kinetic computations
利用扫描漂移管装置，在约化电场15 Td <= E/N <= 2660 Td的宽范围内，测量了电子在CO2中的传输系数（体漂移速度、纵向扩散系数和有效电离频率）。在实验中获得的数据也被应用到确定有效的稳态汤森电离系数。这些参数进行比较，以前的实验研究的结果，以及各种动力学计算的结果：不同的近似（多项和密度梯度扩展）和蒙特卡罗模拟下的电子玻尔兹曼方程的解决方案。与以前的测量结果相比，实验数据扩展了E/N的范围，并且与这些早期研究中获得的大多数传输参数一致。计算结果指出了适用范围的相应的方法来确定不同的测量传输特性的电子在CO2。他们证明，以及考虑到目前的实验数据的电子碰撞截面数据的进一步改进的必要性。
2017-03-17 physics.plasm-ph
Electromagnetic drift-kinetic particle-in-cell model with energy and charge conservation for studying finite-$β$ plasmas
Novosibirsk State University（新西伯利亚国立大学）；Budker Institute of Nuclear Physics SB RAS（布德刻尔核物理研究所（俄罗斯科学院西伯利亚分院））
本文提出一种漂移动力学电子描述的电磁粒子云模型，通过自洽插值实现能量和电荷守恒，可研究有限β等离子体平衡形成，并验证了抗磁效应和离子声波。
2026-10-02 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Effects of Artificial Collisions, Filtering, and Nonlocal Closure Approaches on Hermite-based Vlasov-Poisson Simulations
针对无碰撞等离子体动力学模拟中速度分辨率不足的伪影问题，对比了人工碰撞、滤波、非局域闭合三种方法，发现高阶Lenard-Bernstein超碰撞能更稳健准确地捕捉有限分辨率下的无碰撞动力学。
2025-03-19 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Wave kinetic equation for inhomogeneous drift-wave turbulence beyond the quasilinear approximation
从非均匀漂移波（DW）湍流的带状流的形成，经常使用准线性近似内导出的统计理论来描述。然而，这种近似忽略了波-波碰撞。因此，一些重要的影响，如Batchelor-Kraichnan逆能量级联没有捕获在这种方法。在这里，我们推导出一个波的动力学方程，其中包括DW碰撞运营商在纬向流的存在。我们的推导利用外尔演算，拟正态统计封闭，和几何光学近似。所得到的模型保持了系统的总涡度拟能和能量。导出的DW碰撞算子在Rayleigh-Kuo阈值处失效。这个阈值是错过了湍流理论，但预计从全波准线性分析。在未来，这个理论可能有助于更好地理解漂移波和纬向流之间的相互作用，包括文献中常用的准线性近似的有效域。
2019-01-08 physics.ao-ph physics.plasm-ph
Wave-kinetic approach to zonal-flow dynamics: recent advances
漂移波湍流和纬向流的基本物理学一直在波动动力学理论的框架内进行研究。最近，这一框架已被重新审查，从第一原则，这导致了更准确的，但仍然易于处理的“改进”波动力学方程。特别是，这些方程揭示了一个重要的影响的带状流的“曲率”（二阶径向导数的流速）的漂移波和带状流的动力学和稳定性。我们概述了这些最近的研究结果，并提出了一个统一的高层次的图片（主要是准线性）的带状流物理减少模型的漂移波湍流。
2021-03-16 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Unperturbed-orbit integration and the 3D kinetic dispersion relation of the electron cyclotron drift instability
School of Energy Science and Engineering, Harbin Institute of Technology（哈尔滨工业大学能源学院）
本研究通过未受扰轨道积分推导了电子回旋漂移不稳定性 的3D动能色散关系，考虑了有限朗姆半径效应和回旋谐波，填补了完全动能模型中的关键缺失步骤。
2026-01-14 physics.plasm-ph
Scale invariance and critical balance in electrostatic drift-kinetic turbulence
本研究发现静电漂移动理学方程的标度不变性对称，推导湍动热通量标度规律并经数值验证，揭示临界平衡级联机制及外尺度由标度不变性破缺决定，为等离子体湍流研究提供新理论支撑。
2023-08-21 physics.plasm-ph
Influence of the Lower Hybrid Drift Instability on the onset of Magnetic Reconnection
二维和三维动力学模拟结果揭示了低杂波漂移不稳定性LHDI对磁重联发生的重要性。显式和隐式动力学模拟表明，LHDI各向异性地加热电子，并增加峰值电流密度。线性理论预测，这些修改可以将撕裂不稳定性的增长率增加近两个数量级，并将增长最快的模式转移到明显更短的波长。这些预测证实了非线性动力学模拟中，小规模的磁岛的增长和合并导致大规模的重联快速发病。
2004-03-22 physics.plasm-ph physics.space-ph
Charge-conserving, variational particle-in-cell method for the drift-kinetic Vlasov-Maxwell system
本文提出了一种电荷守恒的，变分的，时空离散的漂移动力学Vlasov-Maxwell系统，利用有限元的电磁场和粒子的细胞方法的Vlasov分布。所提出的方案是完全电磁的，处理场而不是势，并包括高斯和安培-麦克斯韦定律中的极化和磁化效应，这是将完整的粒子动力学简化为漂移中心动力学的结果。然而，不需要将高斯定律颠倒过来：由于离散的诺特对称性，它在每个时间步自动满足，并且电场直接从安培-麦克斯韦方程更新。该方法提供了一个更新的磁场是完全明确的，只涉及本地操作。粒子的更新对于每个粒子都是隐式的，这也导致仅进行局部操作。电场的更新是线性隐式的，因为在安培-麦克斯韦方程中存在有限元质量矩阵以及极化和磁化效应，因此在每个时间步长涉及一次稀疏矩阵求逆。由于该计划涉及的电磁场，而不是潜在的，它也提供了第一次认真的尝试，在构建一个结构保持的混合动力学离子漂移动力学电子Vlasov-Maxwell模型的数值方案。因此，所提出的方法可用于模拟聚变实验或空间等离子体中的电磁湍流，这些实验或空间等离子体表现出强背景磁场，同时保留所有的离子物理，大部分必要的电子物理，但消除了在动力学模拟中达到宏观输运时间尺度的最大障碍，即电子回旋时间尺度。
2019-10-08 cs.NA math.NA physics.plasm-ph
Plasmoid formation via competing lower-hybrid drift and Kelvin-Helmholtz instabilities: A hybrid kinetic-gyrokinetic simulation study
Max-Planck Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；KU Leuven（荷语鲁汶大学）
研究通过混合动能-gyrokinetic模拟揭示了低混漂移不稳定性与Kelvin-Helmholtz不稳定性在等离子体体形成中的竞争作用，表明低混漂移不稳定性可作为种子和调节器，影响等离子体体生成不稳定性。
2026-01-18 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Hamiltonian closures for fluid models with four moments by dimensional analysis
流体约化的Vlasov-Prère方程，保持父动力学模型的哈密顿结构进行了研究。使用的前四个时刻的弗拉索夫分布的哈密顿闭包，并确定了所有的封闭的维数分析程序，以满足雅可比恒等式。两个哈密顿模型出现，其中明确的闭包，以及他们的泊松括号和卡西米尔不变量。
2015-02-16 nlin.CD physics.flu-dyn physics.plasm-ph
