Stochastic variational principles for the collisional Vlasov-Maxwell and Vlasov-Poisson equations
在这项工作中，我们重铸的碰撞Vlasov-Maxwell和Vlasov-Poisson方程耦合的随机和偏微分方程的系统，我们推导出随机变分原理的基础上，这样的reformations。我们还提出了一个随机粒子方法的碰撞Vlasov-麦克斯韦方程组，并提供了一个变分表征，它可以作为一个基础，为进一步发展的随机结构保持粒子在细胞积分。
2021-08-10 math-ph math.MP math.PR
Quadratic conservative scheme for relativistic Vlasov--Maxwell system
半个多世纪以来，大多数等离子体科学家在数值求解动力学等离子体的第一性原理方程时，都遇到了违反电荷、动量和能量守恒定律的问题，例如相对论性弗拉索夫-麦克斯韦系统。这个致命的问题是由于弗拉索夫方程组和麦克斯韦方程组都通过一些数学运算间接地与守恒律联系在一起。本文提出了一个二次守恒格式，它通过离散相对论性Vlasov-Maxwell系统，严格保持守恒律。离散乘积规则和分部求和是构造二次保守格式的关键。相对论双流不稳定性和相对论韦伯不稳定性的数值实验验证了计算理论的正确性，该方法将为介观和宏观等离子体物理的第一性原理研究打开大门.
2018-02-20 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Proof of the Jacobi Property for the guiding-center Vlasov-Maxwell Bracket
证明了导引中心Vlasov-Maxwell方程组的哈密顿结构所包含的导引中心Vlasov-Maxwell括号的Jacobi性质。
2021-09-30 math-ph math.MP physics.plasm-ph
Perturbative variational formulation of the Vlasov-Maxwell equations
在微扰分析中，给出了Vlasov-麦克斯韦方程组的三阶微扰变分形式。分别从二阶和三阶拉格朗日密度出发，将一阶和二阶Vlasov-麦克斯韦方程组表示为规范不变和规范无关的形式。在导出线性非绝热旋动力学Vlasov-麦克斯韦方程组的约化二阶Vlasov-Maxwell拉格朗日量的基础上，导出了线性漂移波方程和线性混合动力学-磁流体动力学（MHD）方程的约化拉格朗日密度，并用Noether方法得到了相应的波作用守恒律.给出了线性混合动力学-MHD方程的精确波作用量守恒定律。推导出了三阶弗拉索夫-麦克斯韦拉格朗日量的新形式，其中有质动力效应起着至关重要的作用。
2018-11-02 physics.plasm-ph
Hamiltonian structure of the guiding-center Vlasov-Maxwell equations
利用哈密顿泛函和导引中心Vlasov-Maxwell括号给出了导引中心Vlasov-Maxwell方程组的哈密顿结构。利用精确满足雅可比恒等式的括号，证明了导引中心动量守恒律和角动量守恒律也可以用哈密顿形式表示。
2021-09-07 physics.plasm-ph
SPACE: 3D Parallel Solvers for Vlasov-Maxwell and Vlasov-Poisson Equations for Relativistic Plasmas with Atomic Transformations
一个并行的、相对论性的、三维的粒子胞程序SPACE已经被开发出来用于模拟电磁场、相对论性粒子束和等离子体。除了标准的二阶粒子-细胞（PIC）算法，空间包括有效的新算法，以解决原子物理学过程，如等离子体原子的多级电离，复合，电子附着到掺杂剂在稠密的中性气体。SPACE还包含一个高度自适应的基于粒子的方法，称为自适应粒子云（AP云），用于解决Vlasov-Poisson问题。它消除了PIC的传统笛卡尔网格，并用自适应八叉树数据结构取代它。对代码的算法、结构、性能、并行化策略和性能进行了讨论。文中还介绍了SPACE在加速器科学和工程问题上的应用实例。
2021-11-07 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Hamiltonian structure of the gauge-free gyrokinetic Vlasov-Maxwell equations
利用哈密顿泛函和旋动力Vlasov-Maxwell括号给出了无规范旋动力Vlasov-麦克斯韦方程组的哈密顿结构。括号用来说明陀螺运动的角动量守恒定律也可以用哈密顿形式表示。陀螺运动的Vlasov-Maxwell括号的Jacobi性质也明确证明。
2021-11-22 math-ph math.MP physics.plasm-ph
Relativistic Vlasov-Maxwell modelling using finite volumes and adaptive mesh refinement
无碰撞等离子体的动力学可以用弗拉索夫-麦克斯韦方程组来模拟。一个欧拉的方法是需要准确地描述由高能量尾部的分布函数的过程，但有限的效率为高维问题。自适应网格的使用可以降低计算成本与问题的维度的比例。在这里，我们提出了一个相对论欧拉Vlasov-Maxwell求解器块结构的自适应网格细化在一个空间和一个动量维。Vlasov方程的离散化是基于高阶有限体积法。一个通量校正的传输算法被应用到限制寄生振荡，并确保分布函数的物理特性。我们证明了一个加速的一个因素的7倍，在一个典型的情况下，涉及激光等离子体相互作用与密度不足的等离子体由于使用自适应网格。
2017-04-04 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Symplectic model reduction methods for the Vlasov equation
针对Vlasov方程粒子模拟计算成本高的问题，对比多种模型降阶技术并验证其适用性，通过数值实验说明辛模型降阶算法的必要性。
2022-08-31 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Variational Formulation of Higher-order Guiding-center Vlasov-Maxwell Theory
本文通过变分方法推导至二阶的扩展导向中心Vlasov-Maxwell方程，纳入有限拉莫尔半径修正，并建立精确的能量-动量守恒定律。
2023-09-29 physics.plasm-ph
Hamiltonian formulation of the gyrokinetic Vlasov-Maxwell equations
将陀螺运动的Vlasov-麦克斯韦方程组转化为一个无限维的哈密顿系统。陀螺运动泊松括号非常简单，与Vlasov-麦克斯韦方程组的Morrison-Marsden-Weinstein括号相似。通过确定许多括号的Casimir，这项工作使（i）的gyrokinetic平衡变分原理的推导和（ii）的应用程序的能量Casimir方法和方法的动态访问的变化，研究稳定性的gyrokinetic平衡。
2014-11-06 physics.plasm-ph
Variational principles for the guiding-center Vlasov-Maxwell equations
给出了制导中心Vlasov-麦克斯韦方程组的Lagrange变分原理、Euler变分原理和Euler-Poincaré变分原理。每一个变分原理提出了一个不同的方法来导出导向中心的极化和磁化效应到导向中心麦克斯韦方程组。能量、动量和角动量的守恒定律也由Noether方法导出，其中的导向中心应力张量现在被证明是显式对称的。
2016-02-16 physics.plasm-ph
Hamiltonian Structure of the Guiding-center Vlasov-Maxwell Equations with Polarization and Magnetization
本文基于精确能量守恒定律构造导心哈密顿泛函和满足雅可比性质的反对称括号，建立了含极化与磁化偶极贡献的导心 Vlasov-Maxwell 方程的哈密顿结构，并证明熵泛函为 Casimir 泛函。
2024-10-03 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
Linear instability of Vlasov-Maxwell systems revisited-A Hamiltonian approach
本文研究了无碰撞等离子体中1（1/2）维和3D Vlasov-Maxwell系统定态的线性稳定性。线性化系统可以写成带约束的可分哈密顿系统。利用可分哈密顿系统的一般理论，我们恢复了以前通过不同方法得到的尖锐的线性稳定性准则。此外，我们得到了线性化的Vlasov-Maxwell系统在相对论和非相对论情况下的指数分解估计。
2021-07-26 math.AP physics.plasm-ph
Exact solutions of macroscopic self-consistent electromagnetic fields and microscopic distribution of Vlasov-Maxwell system
严格的数学揭示了弗拉索夫-麦克斯韦方程组的严格解不可能是零温度的数学形式。Vlasov-Maxwell系统的这一普适性质可导出自洽场E、B和流体速度u三个宏观量的封闭方程组及其精确解.自洽电磁场支配的微观分布的严格解是著名的BGK模式的普适推广，它对应于静电场的情形.
2014-02-27 physics.plasm-ph
Variational formulations of exact and reduced Vlasov-Maxwell equations
本文综述了陀螺运动理论的基础，着重介绍了拉格朗日方法和哈密顿方法在推导非线性陀螺运动Vlasov-麦克斯韦方程组中的应用。这些简化的动力学方程描述了具有任意磁几何形状的非均匀磁化等离子体中低频电磁涨落的湍流演化。
2004-09-23 physics.plasm-ph
Hamiltonian reduction of Vlasov-Maxwell to a dark slow manifold
我们证明了无碰撞Vlasov-Maxwell系统的非相对论标度意味着在无限维Vlasov-Maxwell相空间中存在形式不变的慢流形。限制在慢流形上的弗拉索夫-麦克斯韦动力学将弗拉索夫-泊松模型和弗拉索夫-达尔文模型恢复为低阶近似，并提供更一般的弗拉索夫-达尔文模型的高阶修正。在微扰论中，慢流形可以被解释为所有阶次的形式弗拉索夫-麦克斯韦解的集合，这些解不激发光波，因此是“暗的”。我们提供了一个启发式的下限的时间间隔，弗拉索夫-麦克斯韦的解决方案初始化最佳附近的慢流形保持黑暗。我们还展示了慢流形上的动力学如何自然地继承了底层系统的哈密顿结构。在以一种简单的形式表示这种结构之后，我们用它来识别对弗拉索夫-达尔文模型的明显的哈密顿修正。高阶项的推导归结为计算系统哈密顿量限制在慢流形上的修正。
2021-06-30 math-ph math.DS math.MP
Hamiltonian formulation of reduced Vlasov-Maxwell equations
约化的Vlasov-麦克斯韦方程组的哈密顿形式用宏观场D和H表示。这些宏观场本身用泛函S与泊松括号[.，.]精确的弗拉索夫-麦克斯韦方程组。因此，极化矢量P=（D-E）/（4pi）和磁化矢量M=（B-H）/（4pi）根据表达式4pi P=[S，E]+.和4 π M =-[S，B]+...，其中最低阶项产生偶极贡献。
2012-11-05 nlin.CD physics.plasm-ph
The multi-dimensional Hermite-discontinuous Galerkin method for the Vlasov-Maxwell equations
我们讨论了三维弗拉索夫-麦克斯韦方程组数值模拟的谱方法的发展，分析，实施和数值评估。该方法是基于谱展开的速度空间的非对称加权厄米函数。所得到的系统的时间依赖的非线性方程离散的间断Galerkin（DG）方法在空间和线的方法的时间积分使用显式Runge-Kutta积分。由此产生的代码，称为光谱等离子体求解器（SPS-DG），成功地应用于标准的等离子体物理基准，以证明其准确性，鲁棒性和并行可扩展性。
2020-04-24 physics.comp-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
A Novel Method to Construct Stationary Solutions of the Vlasov Maxwell system
建立了一种新的方法来推导Vlasov-Maxwell系统的定态解。该方法基于速度分布与麦克斯韦-玻尔兹曼分布的偏差可以用厄米多项式展开的假设。应用我们的方法，导出了一个新的二维平衡，这可能为三维磁场无碰撞重联的研究提供了一个初始装置。
2008-03-27 astro-ph physics.plasm-ph
Symplectic gyrokinetic Vlasov-Maxwell theory
本文提出了一种新的Vlasov-Maxwell电磁陀螺运动理论，其中陀螺中心运动方程仅用扰动电场和扰动磁场表示。在这种表示中，陀螺中心辛（泊松括号）结构和陀螺中心雅可比矩阵包含与标准的一阶陀螺中心极化和磁化条款，传统上出现在回旋麦克斯韦方程组的电和磁扰动项。此外，陀螺中心极化漂移（包括扰动磁场校正）现在明确出现在陀螺中心速度。辛回旋动力学的弗拉索夫-麦克斯韦方程组是自洽地从一个约束欧拉变分原理，它产生精确的能量动量守恒定律（通过Noether方法），明确验证。在轴对称背景磁场的假设下，导出了一个精确的环面正则角动量守恒定律。
2020-09-24 physics.plasm-ph
Analytic, quasineutral, two-dimensional Maxwell-Vlasov equilibria
利用拟中性条件将静电势表示为矢量势，在平面几何中构造了具有有限电场、轴向（“环面”）等离子体流和各向同性压力的二维Maxwell-Vlasov平衡.对于Harris型分布函数，安培方程变为刘维尔型，并可解析求解。作为例子，给出了一个由一排磁岛组成的周期性“猫眼”稳态。该方法可以推广到（环形）轴对称平衡。
2009-10-16 physics.plasm-ph
Lifting of the Vlasov-Maxwell Bracket by Lie-transform Method
Vlasov-麦克斯韦方程组具有用哈密顿泛函和泛函括号表示的哈密顿结构。本文研究了用Lie变换微扰法对单粒子动力学进行动力学约化时引起的Vlasov-Maxwell括号的变换（“提升”）。这项工作的最终目标是获得明确的哈密顿公式的指导中心和回旋弗拉索夫-麦克斯韦方程组，有重要的应用，在我们的理解湍流磁化等离子体。这里，它表明，一般形式的约化Vlasov-麦克斯韦方程组具有一个哈密尔顿结构定义的约化哈密尔顿功能和约化括号，自动满足标准括号的性质。
2016-12-20 math-ph math.MP physics.plasm-ph
Asymptotic-preserving Particle-In-Cell methods for the Vlasov-Maxwell system near quasi-neutrality
Imperial College London（伦敦帝国理工学院）
本文设计了在准中性极限下适用于Vlasov-Maxwell系统的渐近保持粒子-网格方法，该方法在准中性极限下保持稳定并符合准中性模型，通过重新表述Vlasov-Maxwell系统将两种模型统一在一组方程中，适用于处理等离子体问题。
2015-09-11 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Metriplectic foundations of gyrokinetic Vlasov-Maxwell-Landau theory
这封信报告的metriplectic制定的碰撞，非线性全$f$电磁陀螺理论符合能量守恒和单调熵产生。在轴对称背景磁场中，环向角动量也是守恒的。值得注意的是，一个新的碰撞电流，有助于回旋麦克斯韦-安培方程和回旋电荷守恒定律，被发现。
2022-03-16 physics.class-ph physics.plasm-ph
A sharp stability criterion for the Vlasov-Maxwell system
本文研究了描述无碰撞等离子体的相对论Vlasov-Maxwell系统的三维柱对称平衡的线性稳定性问题。对于分布函数随粒子能量单调递减的平衡态，我们在前一篇文章中得到了一个线性稳定性判据。在这里，我们证明了这个标准是尖锐的，也就是说，否则将有一个指数增长的解决方案的线性化系统。因此，对于对称Vlasov-Maxwell平衡类，我们建立了线性稳定性的能量原理。我们还处理相当简单的周期1.5D的情况下。这里介绍的新公式也适用于非相对论性的情况，其他对称性，以及一般的平衡。
2007-02-02 math.AP physics.plasm-ph
Algebra of Invariants for the Vlasov-Maxwell System
本文研究了相对论与非相对论多物种 Vlasov-Maxwell 系统的不变量代数，直接从系统导出不变量及其通量，证明其与 Hamiltonian 泊松对易，并揭示了单极子条件的关键作用。
2025-03-06 math-ph math.MP physics.plasm-ph
A Parallel Low-Rank Solver for the Six-Dimensional Vlasov-Maxwell Equations
连续体Vlasov模拟可用于完全动力学等离子体的高精度建模。近年来，该方法在实际等离子体结构中的应用取得了很大进展。然而，减少高计算成本，这是固有的完全动力学模拟将是可取的，特别是在高速度空间分辨率。为此，可以采用低秩近似。目前可用的低秩求解器仅限于静电系统或低维系统，因此不能应用于大多数空间，天体物理和聚变等离子体。本文提出了一种新的求解全六维电磁场Vlasov-麦克斯韦方程组的并行低秩算法，该算法压缩了速度空间中的粒子分布函数。特别注意质量守恒和高斯定律。低秩Vlasov求解器应用于等离子体湍流和磁重联的标准基准问题，并与全网格方法进行了比较。它产生准确的结果，大大降低了计算成本。
2022-01-10 physics.comp-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
Gauge-Free Hamiltonian Structure of the Spin Maxwell-Vlasov Equations
我们推导出一个扩展的动力学理论的规范自由的哈密顿结构，其中考虑到粒子的内禀自旋。这样的半经典理论可以用于描述，例如，强磁化等离子体系统我们发现，这是可能的，以构建广义括号的扩展相空间，并讨论了我们的研究结果的影响。
2011-01-27 physics.plasm-ph
Hamiltonian fluid reduction of the 1.5D Vlasov-Maxwell equations
本文考虑具有一个空间方向和两个动量的Vlasov-麦克斯韦方程组，一个动量在纵向，一个动量在横向。通过求解雅可比恒等式，我们导出了与压力张量有关的密度、流体动量和二阶矩的简化哈密顿流体模型。我们还提供了Casimir不变量的约化泊松括号。我们表明，均匀平衡周围的运动方程的线性化再现一些基本特征的动力学模型，韦伯不稳定性。
2021-05-07 nlin.CD physics.plasm-ph
A novel method to construct stationary solutions of the Vlasov-Maxwell system : the relativistic case
探讨了一种求相对论性弗拉索夫-麦克斯韦系统定态解的方法。在非相对论情形下，用Hermite多项式级数描述偏离Maxwell-Boltzmann分布的情况，成功地导出了一些定态解，包括二维定态解。本文引入了两种特殊的正交多项式级数来代替Hermite多项式级数，这两种特殊的正交多项式级数适合于扩展对Maxwell-Jüttner分布的偏差。应用该方法，导出了一个新的二维平衡态，为研究三维相对论性磁场无碰撞重联提供了一个初步的装置。
2008-06-05 astro-ph physics.plasm-ph
Geometric Particle-in-Cell Simulations of the Vlasov--Maxwell System in Curvilinear Coordinates
保持动力学方程结构的数值方案可以在长时间内提供稳定的模拟结果。[Kraus等人，2017]中介绍了一种用于Vlasov-Maxwell方程的电磁粒子单元求解器，该求解器在离散水平上保留了Vlasov-Maxwell方程的非正则哈密顿结构。鉴于原来的公式已经得到了直角坐标系下，我们推广到曲线坐标在本文中的公式。对于离散化的时间，我们讨论了几个（半）隐式方法的基础上的Hamilton分裂或离散梯度法结合反对称分裂的泊松矩阵，并讨论其守恒性质和计算效率。
2020-02-21 cs.NA math.NA physics.plasm-ph
Full Self-Consistent Vlasov-Maxwell Solution
建立了具有圆柱对称性的磁约束等离子体的完全自洽定态Vlasov-Maxwell解。定态解是热力学平衡解。这些是通过计算平衡分布函数获得的，该平衡分布函数是通过最大化熵和闭合具有源项的方程而产生的，然后通过使用获得的分布来计算源项。这导致了一个自洽的问题，对应于解决一组两个耦合的二阶非线性微分方程。相关的等离子体参数的介绍和分叉导致等离子体约束的改善。相反，在改进的约束设置，我们表现出的分界线的带电粒子的可积运动的出现。
2022-08-19 physics.plasm-ph
High-Order Structure-Preserving SBP Finite Difference Methods for the Vlasov-Maxwell System on Matrix-Free GPUs
Uppsala University（乌普萨拉大学）
本文提出一种用于Vlasov-Maxwell系统的高阶迎风SBP有限差分方法，在GPU上实现无矩阵计算，保证质量守恒和动量保持，并通过基准问题验证其精度与鲁棒性。
2026-09-09 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Quantized tensor networks for solving the Vlasov-Maxwell equations
Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本文提出一种基于量化张量网络的量子启发半隐式求解器，将网格计算成本从O(N)降至O(poly(D))，通过D=64即可高效模拟五维问题，同时提升时间步长限制。
2024-06-04 physics.comp-ph physics.plasm-ph quant-ph
Local Energy Conservation Law for Spatially-Discretized Hamiltonian Vlasov-Maxwell System
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Key Laboratory of Geospace Environment, CAS（中国科学院空间环境重点实验室）；Princeton University（普林斯顿大学）
本文提出一种结构保持的几何算法，证明空间离散化哈密顿-维萨科夫方程系统在时空上具有局部能量守恒定律，展示了哈密顿离散化方法在保持局部守恒律和辛结构方面的有效性。
2016-12-13 cs.NA math.NA physics.comp-ph
On the dynamical reduction of the Vlasov equation
用Lie变换方法消除Vlasov方程中的快时标是导出简化的Vlasov方程（如漂移动力学Vlasov方程或陀螺动力学Vlasov方程）的重要步骤。结果表明，这种动力学约化也导致了在约化的麦克斯韦方程组中引入极化和磁化效应，从而保证了约化的Vlasov-麦克斯韦方程组具有精确的能量-动量守恒定律.
2006-09-27 physics.plasm-ph
A detailed investigation of the properties of a Vlasov-Maxwell equilibrium for the force-free Harris sheet
本文详细讨论了Harrison和Neukirch（Phys. Rev. Lett. 102，135003，2009）。将给出分布函数的推导和其一般性质及其对分布函数参数的依赖性的讨论。特别是，分布函数在两个速度分量中可以是单峰或多峰的，可能对稳定性有影响。将研究分布函数的形状对其参数值的依赖性，并讨论与宏观量（如当前板厚度）的关系。
2009-10-31 physics.plasm-ph
Energy-conserving time propagation for a geometric particle-in-cell Vlasov--Maxwell solver
本文讨论Vlasov-Maxwell系统的有限元质点网格离散的能量守恒时间离散。几何空间离散系统可以使用粒子分布的标准粒子单元离散化和场的相容有限元空间来离散化Vlasov-Maxwell模型的泊松括号（参见Kraus等人，J Plasma Phys 83，2017）。在本文中，我们推导出能量守恒的时间离散的基础上的离散梯度法适用于反对称分裂的泊松矩阵。首先，我们提出了一种基于子系统平均矢量场离散化的半隐式方法。此外，我们设计了一个替代的离散梯度，产生一个时间离散化，可以另外保存高斯定律。最后，我们解释了如何substepping快速物种动态可以被纳入。
2019-10-09 cs.NA math.NA physics.plasm-ph
Magnetic moment type of lifting from particle dynamics to Vlasov-Maxwell dynamics
技术的坐标变化，依赖于依赖和独立变量的开发和应用到麦克斯韦-弗拉索夫哈密顿理论。粒子坐标的变化与一个新的速度变量依赖于磁场，与空间坐标不变，被解除转换的非正则泊松括号，因此，场的哈密顿结构的弗拉索夫-麦克斯韦方程。给出了几个例子，包括磁坐标，其中的速度被分解成平行和垂直于本地磁场的分量，和球速度坐标的情况下。举一个例子的程序进行，以获得一个简化版本的陀螺动力学，其中的磁矩被用作一个坐标和动力学是通过消除的电场能量在哈密顿量减少。
2012-12-12 math-ph math.MP nlin.CD
Energy conserving particle-in-cell methods for relativistic Vlasov--Maxwell equations of laser-plasma interaction
本文对一类约化的相对论性Vlasov-Maxwell方程组的激光-等离子体相互作用问题构造了能量守恒的粒子格方法。数值解也满足离散泊松方程。其中，分布函数采用质点网格法离散，电磁场的离散采用外微积分有限元框架下的相容有限元法，时间离散采用离散梯度法结合泊松分裂。参数不稳定性的数值实验验证了所构造的数值方法的守恒性和良好的长时间行为。
2022-03-12 cs.NA math.NA physics.plasm-ph
High fidelity simulations of the multi-species Vlasov-Maxwell system with the Numerical Flow Iteration
本文提出一种基于时间迭代近似的数值流迭代方法，用于高保真模拟多物种Vlasov-Maxwell系统，通过哈密顿分裂保持结构并降低内存占用。
2025-11-28 cs.NA math.NA physics.comp-ph
A conservative scheme for the relativistic Vlasov-Maxwell system
本文提出了一种计算1D 2 V相对论Vlasov-Maxwell系统数值积分的新方法。假设在相空间的一个单元中的所有粒子在每个时间步开始时以与位于单元中心的粒子相同的速度移动，我们成功地集成了系统，没有人为的粒子损失。此外，该方法将方程分解为对流和相互作用部分，使粒子的动能和电磁能之和保持不变。用我们的方案解决了三个试验问题，粒子的旋转，韦伯不稳定性，尾流场加速。我们证实，我们的计划可以重现问题的分析结果。虽然我们处理的是1D 2 V的相对论Vlasov-Maxwell系统，但我们的方法可以应用于2D 3V和3D 3V的情况。
2009-11-03 astro-ph.HE physics.plasm-ph
A one-dimensional Vlasov-Maxwell equilibrium for the force-free Harris sheet
本文提出了第一个非线性无力Vlasov-Maxwell平衡。平衡磁场的一个分量具有与Harris片相同的空间结构，但是Harris片通过压力梯度保持力平衡，而在这里提出的无力解中，力平衡通过磁剪切保持。磁压力、等离子体压力和等离子体密度是恒定的。用于找到平衡的方法是基于一维弗拉索夫-麦克斯韦平衡问题与二维保守势中的伪粒子运动的类比。这个势相当于等离子体压力张量的一个对角分量。在找到该压力张量分量的适当函数形式之后，可以使用傅里叶变换方法找到对应的分布函数。无力解可以推广到一个完整的平衡族，描述了从纯压力平衡的哈里斯单到无力哈里斯单的过渡。
2009-02-04 physics.plasm-ph
Nonlinear Interactions of Gravitational Wave with Matter in Magnetic-type Maxwell-Vlasov Description
本文在磁型Maxwell-Vlasov方程的基础上，考虑了引力波与星际物质的相互作用，包括波粒共振和波波共振。结果表明，包括“重力电磁场”或“GEM“场、扰动密度场和自生低频重力磁场在内的场的行为可以用非线性耦合方程Eqs.（6.10）-（6.12）。数值结果表明，它们可能会崩溃。换句话说，由于自凝聚，可以产生更强的GME场，它们可以表现为到达地球的高能引力波。在这种情况下，韦伯的结果也许是可以接受的。
2005-11-13 physics.plasm-ph
Explicit high-order non-canonical symplectic particle-in-cell algorithms for Vlasov-Maxwell systems
对Vlasov-麦克斯韦方程组所控制的经典粒子场系统，给出了显式高阶非正则辛粒子胞算法。该算法保留了一个离散的非正则辛结构，来自拉格朗日的粒子场系统，这是自然离散的粒子。电磁场的空间离散方法是在三次网格上采用高阶插值微分形式的离散外微分法。由此产生的时域拉格朗日假设一个非正则辛结构。它也是规范不变量，并保持电荷。然后使用He等人发现的分裂方法求解该系统，其产生五个精确可解的子系统，并且高阶结构保持算法跟随组合。算法的显式，高阶和保守性特别适合于大规模并行超级计算机上具有极大自由度的粒子场系统的长期模拟。该算法已通过两个物理问题进行了测试和验证，非线性朗道阻尼和电子伯恩斯坦波。
2016-03-12 physics.plasm-ph
A DSMC-PIC coupling method for the Vlasov-Maxwell-Landau system
提出一种DSMC-PIC耦合数值框架求解Vlasov-Maxwell-Landau系统，通过随机粒子处理Landau碰撞算子并算子分裂结合PIC，在保持物理不变量和计算效率下，基准实验验证了其准确性、鲁棒性和有效性。
2025-10-25 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Exact Vlasov-Maxwell equilibria for asymmetric current sheets
美国航天局磁层多尺度飞行任务首次对地球磁层顶的非对称磁重联进行了现场扩散区和动力学尺度分辨率测量。目前用于模拟无碰撞非对称重联的主要理论工具是粒子模拟。许多非对称无碰撞重联的粒子模拟都是从一个非对称的哈里斯型磁场开始的，但其分布函数并不是弗拉索夫方程的精确平衡解。我们提出了新的和精确的平衡解的Vlasov-Maxwell系统是自洽的一维非对称电流片，与非对称的哈里斯型磁场的档案，加上一个恒定的非零的引导场。分布函数可以表示为四个移位麦克斯韦分布函数的组合。这种平衡描述了一个磁场配置比以前已知的精确解具有更多的自由度，并具有不同的整体流动特性。
2017-09-08 physics.plasm-ph
Energy and momentum conservation in the Euler-Poincaré formulation of local Vlasov-Maxwell-type systems
Low [Proc. R. Soc. Lond.经典的Vlasov-Maxwell系统包含欧拉变量和拉格朗日变量的混合。这使得重新参数化对称性的诺特分析不方便，特别是因为众所周知的系统能量和动量守恒定律仅用欧拉变量表示。虽然Vlasov-Maxwell型系统的Euler-Poincaré公式，有效地从Low的作用开始并使用粒子运动的欧拉描述的约束变化，已经知道了一段时间[J. Math. Phys.，39，6，pp. 3138-3157]，很难得到一个有文献记载的推导相关的能量和动量守恒定律的精神欧拉庞加莱机制。据我们所知，迄今为止，文献中只存在一个这样的推导，涉及所谓的引导中心弗拉索夫-达尔文系统[Phys. Plasmas 25，102506]。本论述讨论了一个通用类的本地Vlasov-Maxwell型系统，有意识地选择采用微分几何的语言，充分利用欧拉庞加莱框架。在回顾了从拉格朗日图像到欧拉图像的过渡之后，我们展示了空间中的等距所产生的对称性如何导致线性和角动量密度的守恒定律，以及时间平移的对称性如何产生能量密度的守恒定律。我们还讨论了如果不存在对称性会发生什么。最后，将给出两个明确的例子-经典的Vlasov-Maxwell和漂移动力学Vlasov-Maxwell -以及为熟悉起见用正则向量微积分语言表示的结果。
2020-04-29 math-ph math.DG math.MP
Neutral Vlasov kinetic theory of magnetized plasmas
在Maxwell-Vlasov系统中考虑了麦克斯韦方程组的低频极限。这个限制产生了一个中性的弗拉索夫系统，捕捉等离子体动力学的基本特征，而忽略辐射效应。利用Euler-Poincaré约化理论证明了中性Vlasov动力学理论在拉格朗日坐标系和欧拉坐标系下都具有变分形式。通过构造，该模型恢复了等离子体模拟中采用的所有无碰撞中性模型。然后，在线性区域中比较了中性Vlasov系统和混合动力学-流体模型。
2014-11-25 physics.plasm-ph
Metriplectic bracket for guiding-center Vlasov-Maxwell-Landau theory
本文提出碰撞导向中心Vlasov-Maxwell-Landau理论的度量-泊松表述，用对称耗散括号表示Landau碰撞算子，并证明其守恒能量-动量和角动量且满足H定理。
2025-08-28 physics.plasm-ph
Koopman wavefunctions and Clebsch variables in Vlasov-Maxwell kinetic theory
出于最近的讨论量子计算在等离子体模拟中可能发挥的作用，在这里，我们提出了不同的方法，库普曼的希尔伯特空间制定的经典力学的上下文中的弗拉索夫-麦克斯韦动力学理论。著名的Koopman-von Neumann构造具有两种不同的哈密顿结构：一种是正则的，恢复了Vlasov密度的通常Clebsch表示，另一种是非正则的，似乎克服了正则形式主义中出现的某些问题。此外，正则结构恢复的一个变种的库普曼-冯诺依曼建设进行了不同的相位动力学。回到范霍夫的前量子理论，相应的库普曼-范霍夫方程提供了一个替代的克莱布什表示，然后耦合到电磁场。最后，规范变换在新的背景下的作用进行了详细讨论。
2021-06-09 math-ph math.MP physics.plasm-ph
The Hamiltonian structure and Euler-Poincaré formulation of the Vlasov-Maxwell and gyrokinetic systems
本文提出了一个新的陀螺运动系统的变分原理，类似于文献[1]中提出的Maxwell-Vlasov作用量。变分原理是在欧拉框架和相空间流体速度和颗粒分布函数的约束变化的基础上。使用勒让德变换，我们明确推导出系统的场论哈密顿结构。这是进行了修改狄拉克理论的约束，这是用来构建有意义的括号从那些直接从欧拉庞加莱理论。这些公式可能的应用包括连续几何积分技术，大涡模拟模式和Casimir型稳定性方法。[1]H. Cendra et.例如，Journal of数学物理39，3138（1998）
2013-02-06 math-ph math.MP physics.plasm-ph
