Plasma-neutral collision operators for hydrogen isotopes: kinetic and gyrokinetic descriptions, comparison to fluid
CEA, IRFM（法国原子能委员会，聚变研究和技术研究所）；Aix-Marseille Univ., CNRS, PIIM（艾克斯-马赛大学，法国国家科学研究中心，等离子体物理研究所）
该研究推导了氢等离子体与氢原子相互作用的动理学和 gyrokinetic 等离子体-中性粒子碰撞算子，发现其与流体模型存在显著差异，凸显了动理学效应在边缘等离子体动量能量交换中的重要性。
2026-11-13 physics.plasm-ph
Kinetic modelling and molecular dynamics simulation of ultracold neutral plasmas including ionic correlations
详细描述了超冷中性等离子体演化的动力学方法，包括电子关联和速率方程对电离/激发和复合/去激发的处理。为了评估动力学模型中固有的近似的可靠性，我们开发了一种混合分子动力学方法。结果的比较表明，动力学模型描述的超冷等离子体的原子和离子的观测值令人惊讶的好，证实了我们早期的发现有关的作用，离子-离子的相关性[物理修订A { \bf 68}，010703]。此外，分子动力学方法允许人们研究离子等离子体组分向热力学平衡的弛豫。
2004-05-24 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Kinetic Scale Energy Budget in Turbulent Plasmas: Role of Electron to Ion Temperature Ratio
University of Delaware（特拉华大学）；Clemson University（克莱姆森大学）
本研究通过二维粒子-in-cell模拟，探讨了电子与离子温度比对湍流等离子体动力学尺度能量收支的影响，发现压力-应变相互作用主要由Pi-D的剪切分量主导，且各向异性分量与温度关系明确。
2025-10-16 physics.plasm-ph physics.space-ph
Kinetic vs. multi-fluid approach for interstellar neutrals in the heliosphere: exploration of the interstellar magnetic field effects
提出了一个新的太阳风与局域星际介质相互作用的三维自洽双组分（等离子体和中性氢）模型。该模型（K-MHD）结合了太阳风和电离LISM分量的MHD处理，以及中性星际氢的动力学模型（LISH）。局部星际磁场（BLISM）强度和方向是根据日鞘流的早期分析来选择的（Opher等人，2009年）。使用（K-MHD）模型获得的等离子体和中性粒子的特性与以前的多流体模型（Opher等人，2009）和动力学模型（Izmodenov等人，2005）进行了比较。LISH的新治疗方法揭示了日光层性质的重要变化，而不是由多流体模型捕获。这些变化包括到终端激波（TS）的日心距离减小、日鞘变薄以及日鞘流偏转角（θ）减小。然而，终止激波的不对称性似乎不受LISH动力学方面的影响。
2011-03-16 astro-ph.SR physics.plasm-ph
En route to realistic modeling of the kinetic-MHD interaction between macroscopic modes and fast particles induced by neutral beam injection in tokamaks
在动力学-磁流体动力学混合程序XTOR-K中实现了托卡马克中性束注入（NBI）产生快离子源的新模型。这个源，结合最近实施的碰撞，允许模拟现实的减速人口及其与宏观模式的相互作用。本文介绍了中性束注入和电离模型，旨在再现实验配置和验证的ASDEX升级托卡马克的一个典型放电。在ASDEX升级中NBI诱导的快粒子与扭结模式的相互作用的应用表明，通过粒子和n = 1模式之间的共振。这种共振部分地稳定了扭结模式，并诱导了快速粒子的径向传输。在ITER的圆形几何形状的初步结果表明，NBI引起的环形扭矩，但对扭结模式动力学的影响不大。
2020-02-06 physics.plasm-ph
A self-consistent multi-component model of plasma turbulence and kinetic neutral dynamics for the simulation of the tokamak boundary
本文提出了一个模拟托卡马克边界多组分等离子体的自洽模型。考虑氘等离子体，其中等离子体物质包括电子、氘原子离子和氘分子离子，而氘原子和氘分子构成中性物质。等离子体和中性模型通过许多碰撞相互作用耦合，包括解离、电离、电荷交换和复合过程。推导了描述湍流等离子体动力学的三流体漂移约化的Braginskii方程，包括其边界条件。中性物质的动力学平流方程也被推导出来，并讨论了它们的数值实现。多组分等离子体模拟进行了使用GBS代码的第一个结果，然后提出和分析，与单组分等离子体模型得到的结果进行比较。
2021-10-26 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Quantum kinetics of spinning neutral particles: General theory and Spin wave dispersion
等离子体物理是粒子间长程相互作用的物理质点系的一个例子。在粒子运动速度较小时，等离子体可近似地看作是一个具有库仑相互作用的质点系。库仑相互作用是各向同性的。自旋中性粒子系统具有长程各向异性的粒子间相互作用。因此，它们可以比等离子体揭示更多的到达特性。此外，对于自旋粒子系统的研究，我们可以发展类似于等离子体的动力学和流体力学方法。我们用一种新的方法导出了动力学方程，这种方法是多粒子量子流体力学的推广。得到的动力学方程组是截断的，所以我们有两个方程的封闭组。其中之一是量子分布函数的动力学方程。第二个方程是自旋分布方程。它描述了自旋动力学演化，并给出了分布函数随时间的演化贡献。我们的方法允许获得三维质点系和低维系统的方程。因此，我们考虑在三维和二维中性自旋粒子系统中的自旋波。
2013-08-16 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech physics.plasm-ph
Kinetic modeling of three-dimensional electrostatic-solitary and surface waves in beam neutralization
本工作研究了基本的等离子体过程中所涉及的离子束的空间电荷由灯丝发射的电子使用粒子在细胞模拟。虽然灯丝中和是经济的，但以前的实验表明，在这个过程中会激发出各种波，从而限制了空间电荷中和。在这项工作中，静电孤立波（ESW），具有低耗散率的形成和运动，其特征在于为二维平面和三维圆柱形光束，并观察到产生的波，生存了很长一段时间，减缓的过程中的束中和。此外，通过一维Bernstein-Greene-Kruskal（BGK）的分析，我们发现，非麦克斯韦性质的束电子产生的大尺寸ESW是不预测的理论，假设电子可以描述由麦克斯韦分布。我们的PIC模拟是足够敏感的，能够解决重要的三维效果，在一个3D圆柱形的几何形状，导致激发的Trivelpiece-Gould表面波由于高能电子存在于中和开始。
2022-03-03 physics.comp-ph physics.plasm-ph
The GBS code for the self-consistent simulation of plasma turbulence and kinetic neutral dynamics in the tokamak boundary
新版本的GBS（Ricci等人，Plasma Phys. Control. Fusion 54，124047，2012; Halpern等人，J. Comput. 315，388-408，2016; Paruta等人Phys. Plasmas 25，112301，2018）。GBS是一个三维、通量驱动、全局、双流体湍流程序，用于托卡马克边界等离子体湍流和动力学中性动力学的自洽模拟。在这里提出的新版本中，模拟域被扩展到包括整个等离子体体积，避免了与核心的人工边界，因此保留了核心-边缘-SOL的相互作用。一个新的环形坐标系的引入，以增加代码的灵活性，允许模拟任意的磁配置（如单零，双零和雪花配置），这也可以是一个实验放电的平衡重建的结果。提出了一种新的迭代求解泊松和安培方程的实现，导致显着的速度加快的代码相对于使用直接求解器，因此允许有效的电磁模拟，避免使用的Boussinesq近似。自洽的动力学中性模型，最初开发的有限的配置，移植到磁配置考虑目前版本的GBS和仔细优化。一个新的MPI并行化实现并行进化的等离子体和中性模型，从而提高代码的可扩展性。等离子体和中性模型的数值实现是通过制造解决方案的方法进行验证。作为GBS新版本的模拟能力的一个例子，TCV托卡马克放电的模拟。
2021-12-07 physics.plasm-ph
A Propagator-based Multi-level Monte Carlo Method for Kinetic Neutral Species in Edge Plasmas
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Lawrence Livermore National Lab（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
本文提出一种基于传播器的多级蒙特卡洛方法，用于高效求解边缘等离子体中性粒子的动力学问题，通过保留轨迹相关性提升计算精度。
2025-12-10 cs.NA math.NA physics.comp-ph
A Generalized Quasi-Neutral Fluid-Particle Hybrid Plasma Model and Its Application to Energetic-Particle-Magnetohydrodynamics Hybrid Simulation
在准中性假设下，提出了一个适用于无碰撞等离子体的广义流体-粒子混合模型。该系统由流体离子和电子以及任意数量的物种组成，其动力学由弗拉索夫方程控制。因此，所提出的模型是一个通用的版本，著名的标准混合等离子体模拟模型，其中的离子是完全动力学的，而电子被假定为流体。由于所提出的模型采用广义欧姆定律的精确形式，质量和能量密度，以及动力学物种的荷质比，采取任意的。在不存在动力学物质的情况下，它简化为准中性双流体模型（Amano，2015，JCP）。在相反的情况下，动力学粒子的质量和能量密度远大于流体离子，它只不过是标准的混合模型与有限的电子惯性效应。如果动力学粒子是质量密度可以忽略不计但能量密度很大的高能粒子（EP），并且尺度尺寸远大于离子和电子的惯性长度，则它描述了磁流体动力学（MHD）和EP动力学之间的自洽耦合。因此，能量粒子磁流体动力学（EP-MHD）混合模型是本文所述的更一般的模型的一个特例。这种方法比现有的模型的优点进行了讨论。一个三维模拟代码求解所提出的方程组进行说明。该代码结合了粒子在细胞计划解决的动力学物种和黎曼求解器为基础的代码的双流体方程。几个基准模拟结果证实，代码成功地捕捉到的EP人口相互作用的MHD流体自洽的动态。
2018-04-10 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Electron inertia and quasi-neutrality in the Weibel instability
虽然电子动力学效应是众所周知的是在几种情况下的根本重要性，电子平均流惯性往往被忽略时，电子趋肤深度以下的长度尺度变得无关紧要。这导致了不同的简化模型的制定，其中电子惯性项被丢弃，同时保留部分或全部动力学效应。在考虑一般的全轨道粒子轨迹，本文比较了从这样的模型出现的情况下的韦伯不稳定性的色散关系。因此，在动力学处理中如何忽略电子趋肤深度以下的长度尺度的问题成为一个未解决的问题，因为所有当前的理论都存在不同性质的缺陷。或者，我们讨论完全动力学理论，消除所有这些缺点，限制到远低于离子和电子的等离子体频率的频率。通过放弃在以前的工作中出现的长度尺度的限制，这些模型得到的假设准中性的全Maxwell-Vlasov系统。
2017-04-06 physics.plasm-ph
Kinetic Simulation of Ion Thruster Plume Neutralization in a Vacuum Chamber
本文利用PIC与DSMC方法模拟真空舱内离子推力器羽流中和过程，揭示了舱壁、中和器位置、背景压力及出口电势对羽流中和和电流路径的影响，并与实验结果一致。
2023-06-29 physics.plasm-ph
Hilbert expansion based fluid models for kinetic equations describing neutral particles in the plasma edge of a fusion device
针对聚变装置等离子体边缘中性粒子的瞬态动理学方程，通过基于分裂的方法结合输运与电荷交换碰撞，推导出基于Hilbert展开的流体模型，并在流体动力学和扩散两种标度下评估了其性能。
2023-06-28 cs.CE physics.plasm-ph
Gas-Kinetic Scheme for Partially Ionized Plasma in Hydrodynamic Regime
本文构建中性气体、电子和质子的耦合动理学模型并提出相应 GKS，通过一维 Riemann 与 Orszag-Tang 涡问题验证其可捕捉部分电离等离子体从 MHD 到 Euler 波结构的过渡。
2023-07-13 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Kinetic instability of ion acoustic mode in permeating plasmas
在具有相对于静态离子的电子漂移（电流）的等离子体中，如果定向电子速度超过离子声速，则离子声波受到动力学不稳定性的影响。在一个准中性电子-离子等离子体通过另一个静态准中性（靶）等离子体传播的情况下，不稳定性阈值变得不同。传播等离子体的阈值速度可以远低于静态等离子体的离子声速。这种无电流的不稳定性在空间和天体物理等离子体中可能经常出现。
2009-06-19 physics.plasm-ph
Coupling Fluid Plasma and Kinetic Neutral Models using Correlated Monte Carlo Methods
针对MC方法统计特性导致流体-动力学耦合模拟难以收敛的问题，提出基于CMC的全隐式耦合方法，通过控制随机种子确保可微性以采用无雅可比牛顿-克雷洛夫求解器，提升了稳定性和运行效率。
2025-01-29 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Continuum and Kinetic Simulations of the Neutral Gas Flow in an Industrial Physical Vapor Deposition Reactor
用于物理气相沉积工艺的磁控溅射通常需要远低于1 Pa的气压。在这些条件下，反应器中的气流通常由约为1的努森数决定，即，流体动力学和稀薄气体状态之间的过渡状态。在第一种情况下，气体流动由纳维-斯托克斯方程很好地描述，而在第二种情况下，通过玻尔兹曼方程的动力学方法是必要的。本文采用流体模型和完全动力学的直接模拟蒙特卡罗模型对工业规模等离子体反应器中氩气和分子氮气的中性气体流动进行了模拟。通过比较两种模型的计算结果，验证了流体模型的有效性。虽然在这两种模型中中性粒子的麦克斯韦-玻尔兹曼能量分布是自然的结果，但气体流动的结果明显不同。由于对流体连续体的不适当假设，流体模型描述失效。这是由于排除了多维速度空间中的非局部效应以及无效的气体/壁相互作用。只有动力学模型能够提供一个准确的物理描述的气体流动的过渡制度。我们的分析完成了一个简短的调查不同的定义的地方努森数。我们的结论是，最具决定性的参数-空间长度尺度L -必须非常小心地选择，以获得一个合理的估计的气体流态。
2014-03-20 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Edge Momentum Transport by Neutrals: an Interpretive Numerical Framework
由于它们的高跨场迁移率，中性粒子即使在分界线内发现的低相对密度下也可以有助于动量传输，并且它们可以产生内禀旋转。我们使用电荷交换占主导地位的解决方案的中性动力学方程，再加上新古典离子，以评估由于中性的动量输运。漂移动力学方程的数值解使我们能够覆盖整个碰撞范围，包括托卡马克边缘典型的中间水平。在边缘，除了中性粒子外，还有几个过程可能有助于动量输运。因此，我们在这里提出了一个解释框架，可以评估通过中性粒子的径向等离子体轮廓的基础上的动量输运。我们通过分析ASDEX升级托卡马克中L模式放电的中性角动量通量来演示它的应用。角动量通量的大小，我们发现这里由于中性的高达$1{-}2\;\mathrm{N\, m}$的中性束注入等离子体上的净扭矩相媲美，表明在边缘旋转中性的重要性。
2016-12-16 physics.plasm-ph
Understanding In-Chamber Plasma Behavior Using a Dimensionally Scaled Gridded Ion Thruster in Three-Dimensional Kinetic Particle-in-Cell Simulations
University of Illinois, Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
本研究采用耦合DSMC中性背景的全动理学三维PIC-MCC求解器，模拟地面测试条件下缩比栅格离子推力器的舱内羽流等离子体行为，揭示了非弹性电子冷却、背景压力对束流中和、壁面相互作用及鞘层特性的影响规律。
2025-11-18 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Three species one-dimensional kinetic model for weakly ionized plasmas
本文提出了一个空间均匀的弱电离等离子体在时变电场作用下的三组分一维动力学模型。假设为平面几何，这意味着等离子体动力学在电场的优先方向上演化。由于碰撞和影响等离子体动力学，传输到电荷的能量被引导到中性粒子。电荷-电荷相互作用被设计为一维碰撞项，等效于用于完全电离等离子体的朗道算子。电荷中性碰撞模型的保守漂移扩散算子的Doughertys形式。得到的一组耦合漂移扩散方程的稳定和鲁棒的离散积分方法求解。这种方法的可行性占非线性效应，而不呼吁线性化或简化，提供保守的物理意义的解决方案。据发现，电荷中性碰撞施加显着的效果，因为一个完全不同的等离子体动力学出现相比，碰撞的限制。此外，在系统演化的实质性差异被发现为常数和温度依赖的碰撞频率的情况下。
2016-01-28 physics.plasm-ph
Kinetic investigation of the planar Multipole Resonance Probe under arbitrary pressure
有源等离子体共振光谱（APRS）是指一类等离子体诊断方法，其利用等离子体在电子等离子体频率处或附近共振的能力用于诊断目的。平面多极共振探头（pMRP）是APRS的优化实现。它具有非侵入性结构，可以同时测量电子密度，电子温度和电子中性碰撞频率。以前的工作已经通过Drude模型和无碰撞动力学模型研究了pMRP。Drude模型忽略了重要的动力学效应，如无碰撞动力学阻尼。无碰撞动力学模型能够捕捉纯动力学效应。但是，它只适用于低压等离子体。为了进一步研究pMRP的行为，本文建立了一个适用于任意压力的碰撞动力学模型。在该模型中，动力学方程耦合到静电近似下的泊松方程。计算总导纳的实部，以描述探针-等离子体系统的光谱响应。无碰撞动力学阻尼和碰撞阻尼都出现在频谱中。该模型提供了一种可能性，以计算电子密度，电子温度，和电子中性碰撞频率的测量。
2022-02-03 physics.plasm-ph
Accelerated Solvers for Neutral Particle Dynamics in Plasma Simulation
本文提出在GBS代码中采用层次矩阵近似加速托卡马克边界中性粒子动力学求解，实现计算时间与内存降低90%以上，并支持更高空间分辨率模拟。
2025-08-15 physics.plasm-ph
ThunderBoltz: An Open-Source DSMC-based Boltzmann Solver for Plasma Transport, Chemical Kinetics, and 0D Plasma Modeling
ThunderBoltz是一个开源的0D DSMC玻尔兹曼求解器，用于高效模拟等离子体输运和化学动力学，支持任意截面，与Bolsig+及实验数据吻合良好，并具备自洽背景动力学建模能力。
2023-10-11 physics.plasm-ph
Neutralization of ion beam by electron injection, Part 1: Accumulation of cold electrons
电子注入离子束电荷中和是一个复杂的动力学过程。最近的实验表明，在被等离子体中和之后，所产生的束的自电势可能远低于等离子体电子的温度[Physics of Plasmas 23，043113（2016）]，这表明动力学效应是重要的，并且可能影响离子束的中和。我们进行了一个数值研究的电荷中和过程的离子束利用二维静电粒子在细胞的代码。结果表明，电子注入电荷中和过程由两个阶段组成。在第一阶段，束的自电势高于注入电子的温度（Te/e）。因此，离子束的中和几乎不受Te的影响，并且所有注入的电子都被离子束捕获。在第二阶段，随着束流电势的下降（），热电子从离子束中逃逸，而冷电子则慢慢积累。因此，可以远低于Te/e。在模拟中发现，在冷电子的积累过程中，尺度为。此外，计算结果还表明，电子源的横向位置对离子束中和有很大的影响。电子源的微小位移会使注入电子的势能增大，从而导致束流电势的大幅度增加。
2019-09-20 physics.plasm-ph
Three-Dimensional Kinetic Simulation of an Ion Thruster Plume with Carbon Backsputtering in a Vacuum Chamber
针对真空舱测试离子推力器时设施效应影响太空性能评估准确性的问题，采用全动力学模拟探究羽流设施效应，明确电子鞘层需全动力学模拟、反溅射无需该模拟，且碳沉积速率受溅射碳角度依赖性影响近50%。
2023-03-16 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Technique of Examination of the Current Sheath Stability in the Electrically Neutral Approximation
本文发展了在电中性近似下，在宽的频率和波长范围内对电流鞘层不稳定性进行综合分析的方法。这种不稳定性的全面分析是基于具有自洽电磁场的动力学方程（弗拉索夫方程）的连续解。本文首次引入了电流鞘层中强非均匀等离子体的色散方程，并计算了介电磁导率张量。
2010-09-16 physics.plasm-ph
Plasma rotation from momentum transport by neutrals in tokamaks
中性原子对托卡马克边缘的内禀转动和径向电场有很大的影响。在这里，我们提出了一个框架来研究这些影响时，中性占主导地位的动量输运。我们探索参数空间数值，使用高度灵活的模型几何形状和最先进的动力学求解器的状态。我们发现，控制环向旋转和电场的最重要的参数是中性粒子局域化的主半径和等离子体的碰撞性。这提供了通过例如改变X点的径向位置以改变中性峰的主半径来影响旋转和电场的手段。
2016-05-05 physics.plasm-ph
Diffusion regime of electron-electron collisions in weakly ionized plasmas
我们考虑弱电离等离子体中频繁的弹性散射的中性电子改变个人的行为和电子-电子碰撞的速度显着。在这种情况下，电子热化的动力学与完全电离等离子体中的动力学非常不同。碰撞的电子由于在中性粒子上的快速散射而扩散。我们演示了如何适当考虑这种扩散使人们能够估计的特征时间的电子热化。我们还提出了一个严格的推导动力学方程的电子使用Bogolyubov方法的基础上刘维尔方程的多粒子分布函数。
2020-11-23 physics.plasm-ph
Reduction of electron heating by magnetizing ultracold neutral plasma
采用经典分子动力学模拟，模拟了外加磁场作用下超冷中性等离子体中的电子加热。一个足够强的磁场被发现，以减少无序诱导加热和三体复合加热的电子约束电子运动，因此加热，与磁场对齐的单一维度。一个强大的和持久的温度各向异性的发展，和整体动力学电子温度有效地降低了三分之一。这些结果表明，实验可能会增加有效的电子耦合强度，使用外加磁场。
2017-11-15 physics.plasm-ph
Kinetic modeling of the electric double layer at a dielectric plasma-solid interface
对于与介质表面接触的无碰撞等离子体，其中以单位概率电子和离子，分别被吸收和中和，从而将电子和空穴注入到导带和价带中，我们研究了电介质内的非辐射电子-空穴复合等离子体损耗的动力学。我们得到一个自洽嵌入的双电层，合并与准中性，无场区域内的等离子体和固体。在描述了用于求解两组玻尔兹曼方程的数值方案之后，一组用于等离子体的电子和离子，一组用于固体的电子和空穴，这一传输问题引起，我们提出了p掺杂电介质的数值结果。除了潜在的，密度，和通量分布，等离子体引起的电子和空穴分布函数的变化进行了讨论，从微观上看，在电介质内的等离子体损耗出现。
2020-04-15 cond-mat.mes-hall physics.plasm-ph
Kinetic modeling of the electronic response of a dielectric plasma-facing solid
我们提出了一个面向等离子体的电介质固体的电子响应的自洽动力学理论。基于Poisson方程和两组空间分离的Boltzmann方程，一组用于等离子体中的电子和离子，另一组用于介质中的导带电子和价带空穴，该方法给出了由于等离子体中的电子和离子的永久流入而在界面处形成的双电层的准稳态密度和电势分布。这两套玻尔兹曼方程连接的量子力学匹配条件的电子分布函数和半经验模型的空穴注入模仿离子在表面的中和。动力学建模的关键是壁内的双极性，导致电子-空穴复合条件，以及双层与壁和等离子体内部深处的准中性无场区域的合并。为了表明该方法的可行性以及潜力，我们将其应用到无碰撞，完全吸收界面使用本征和非本征二氧化硅和硅表面接触的两个温度的氢等离子体作为一个例子。
2017-06-25 physics.plasm-ph
New Kinetic Equations and Bogolyubov Energy Spectrum in a Fermi Quantum Plasma
导出了费米粒子的新型量子动力学方程。Bogolyubov的类型的色散关系，这是有效的玻色流体，被公开。讨论了具有吸引相互作用的稠密强耦合等离子体中中性玻色原子的模型。得到了描述量子等离子体的流体方程组。进一步导出了简并费米等离子体的状态方程。
2009-03-31 gr-qc physics.plasm-ph quant-ph
Effects of the neutral dynamics model on the particle-in-cell simulations of a Hall thruster plasma discharge
本文通过一维轴向和准二维轴向-周向PIC模拟，评估不同中性粒子流体与动力学模型对霍尔推力器放电预测的影响，发现模型选择显著改变放电演化，且仅用连续性方程会引发非物理高频振荡。
2023-04-02 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Formation of plasma around a small meteoroid: 1. Kinetic theory
每秒钟都有数百万颗小流星体进入地球大气层，产生密集的等离子体。雷达很容易探测到这些等离子体，研究人员利用这些数据来描述流星体和大气的特征。本文发展了一个描述高速流星体烧蚀粒子与大气分子碰撞行为的第一性原理动力学理论。这个理论产生的解析表达式描述的空间结构和速度分布的离子和中性附近的烧蚀流星体。这一分析模型将作为对雷达测量结果进行更准确的定量解释的基础，并应有助于根据雷达头部回波观测结果计算流星体和大气参数。
2016-08-30 physics.plasm-ph
Towards a unified linear kinetic transport model with the trace ion module for EIRENE
线性动力学蒙特卡罗粒子输运模型经常用于聚变等离子体模拟，以量化原子和表面对主要等离子体流动动力学的影响。中性粒子的运输使用单独的代码（包括辐射）和带电粒子（痕量杂质离子）。原则上，将两个模块集成到主等离子体流体解算器中提供了自洽的解决方案。所需的接口是远远不够的，因为快速的原子过程，特别是在边缘区域的融合等离子体需要平滑和rescent，或频繁的粒子从一个转移到另一个蒙特卡罗代码。我们在这里提出了一个不同的方案，尽管离子和中性粒子的动力学方程（例如福克-普朗克与玻尔兹曼碰撞积分）的数学形式本质上不同，但这两种类型的粒子轨道可以集成到一个单一的代码中。我们表明，这种“单一来源”的概念（例如，对显式离子漂移轨道积分的限制）在宽范围的典型聚变边缘等离子体条件下可以是完全可容忍的，并且通过代码系统的简单性以及通过几何结构（仅一个单个数值网格）和（公共）原子和表面处理模块中固有地确保的一致性而被过度补偿
2012-01-03 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Kinetic theory for radiation interacting with sound waves in ultrarelativistic pair plasmas
本文发展了超相对论正负电子等离子体中辐射与声波相互作用的动力学理论。它示出的电磁脉冲的空间谱展宽的效果是引入衰减和调制不稳定性的增长率的减少。这种光谱展宽可能是由于有限的脉冲相干长度，或通过使用随机相位滤波器，并将稳定电磁脉冲的传播。
2006-09-08 physics.plasm-ph
Machine Learning approach to modeling of neutral particles transport in plasma
Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校）
本文提出基于神经网络的传播子方法，用于高效建模等离子体边界中性粒子输运，展示初步结果并探讨算法扩展性。
2026-02-01 physics.plasm-ph
Instability of ion kinetic waves in a weakly ionized plasma
已知基本高阶朗道等离子体模式通常是重阻尼的。我们发现，这些模式的离子成分在弱电离等离子体中可以大大修改离子中性碰撞和直流电场驱动离子流，使其中一些可以变得不稳定。这种不稳定性预计在足够小的压力下自然发生在气体放电的预鞘中，从而影响鞘和放电结构。
2012-06-04 physics.plasm-ph
Geometric Particle-In-Cell discretizations of a plasma hybrid model with kinetic ions and mass-less fluid electrons
本文针对含动力离子和无质量流体电子的等离子体混合模型，基于FEEC框架、PIC方法和反对称括号的时间分裂法提出保结构数值格式，确保能量与密度等守恒性质，并在STRUPHY框架下经数值实验验证。
2023-04-04 cs.NA math.NA physics.plasm-ph
Inferring Thermal Dissociation Kinetics of Ion Clusters from Molecular Dynamics
Sibley School of Mechanical & Aerospace Engineering, Cornell University（康奈尔大学西布利机械与航空工程学院）
本研究通过分子动力学模拟推断EMI-BF4离子团簇在电场和温度下的解离动力学，揭示场增强解离及路径转变，并提供紧凑动力学参数用于羽流模型。
2026-09-23 physics.chem-ph physics.plasm-ph
Expansion of Ultracold Neutral Plasmas with Exponentially Decaying Density Distributions
我们提出了一个超冷中性等离子体（UCNP）的初始密度分布，在空间中呈指数衰减的膨胀的研究，光致电离原子后不久，他们从四极（或双锥尖）磁阱释放。一个特征的离子声时标是明显的等离子体的大小和速度的演变，表明动态合理地描述了准中性等离子体的流体动力学膨胀的模型。然而，对于低等离子体密度和高初始电子温度，在中心密度峰值附近的过量离子动能表明在早期的显着的局部非中性。观测结果进行了比较，一个UCNP与初始高斯密度分布的自相似膨胀，和一个类似的标度律描述了这两种情况下的等离子体尺寸的演变。
2020-12-29 physics.plasm-ph
Kinetic modeling of divertor heat load fluxes in the Alcator C-Mod and DIII-D tokamaks
采用新古典输运程序XGC 0，[C.S. Chang et.等人，Phys. Plasmas 11，2649（2004）]用于计算Alcator C-Mod和DIII-D托卡马克的外偏滤器板中的热通量和热负荷宽度。利用XGC 0程序研究了热负荷通量宽度与新经典效应、中性碰撞和反常输运的关系。XGC 0代码包括真实的X点几何形状、中性源模型、碰撞效应和异常输运的扩散模型。我们观察到XGC 0新经典热负荷的宽度与总等离子体电流$I_{\rm p}$近似成反比。的偏滤器的热负荷的宽度与等离子体电流的缩放检查的Alcator C-Mod放电和四个DIII-D放电。偏滤器的热负荷宽度与等离子体电流的缩放被发现是较弱的Alcator C-Mod放电相比，缩放中发现的DIII-D放电。中性碰撞对热负荷宽度的$1/I_{\rm p}$标度的影响不显着。虽然包含极轴均匀的反常输运导致偏离$1/I_{\rm p}$标度，但包含由气球型不稳定性驱动的反常输运导致恢复新经典$1/I_{\rm p}$标度。玻姆或Gyro-Bohm标度的异常输运不强烈影响的热负载宽度对等离子体电流的依赖性。反常输运的加入，在一般情况下，导致加宽的新经典偏滤器热负荷的宽度和偏滤器板上的新经典热负荷通量增强。了解托卡马克刮除层等离子体中的热输运对于加强预测ITER偏滤器条件的基础是重要的。
2015-06-25 physics.plasm-ph
Current-less solar wind driven dust acoustic instability in cometary plasma
本文对太阳风和恒星风驱动的尘埃声波不稳定性进行了定量分析。这是在渗透等离子体中发展的无电流动力学不稳定性，即，当一个准中性的电子-离子风等离子体在其传播中穿过另一个包含尘埃、电子和离子的准中性等离子体时。
2011-08-10 astro-ph.SR physics.plasm-ph
On collisions driven negative energy waves and Weibel instability of a relativistic electron beam in a quasi-neutral plasma
提出了一个新的描述强流相对论束流通过电阻等离子体的韦伯不稳定性的准中性模型。它把电子束看作是运动的粒子，而周围的等离子体则看作是非相对论性的流体。对于有限温度梁，识别出一类新的负能量磁声波，它可以具有负能量。它们的增长，由于碰撞耗散在冷返回电流不稳定的束等离子体系统，即使是高的束温度。我们进行详细的二维和三维粒子在细胞（PIC）模拟的热束和碰撞等离子体。结果表明，在三维空间中，韦伯不稳定性仍然存在，即使是物理碰撞的背景等离子体。异常等离子体电阻率则是由双流不稳定性引起的。
2008-09-02 physics.plasm-ph
Theory of spatially non-symmetric kinetic equilibria for collisionless plasmas
本文基于拉格朗日变分描述和非微扰回旋动理学理论，证明了无碰撞磁化等离子体中广义双麦克斯韦空间非对称动理学平衡的存在性，并揭示了其动理学发电机效应。
2023-06-30 astro-ph.HE cond-mat.stat-mech math-ph
SOL-KiT -- fully implicit code for kinetic simulation of parallel electron transport in the tokamak Scrape-Off Layer
在这里，我们提出了一个新的代码模拟电子动力学在托卡马克刮除层（SOL）。SOL-KiT（刮去层动力学传输）是一个完全隐式的一维代码，包含动力学（或流体）电子，流体（或静止）离子和扩散中性粒子。该代码的目的是在SOL的非本地物理的基本探索，并利用任意程度的勒让德多项式分解的电子分布函数，处理电子-离子和电子-原子碰撞。我们提出了一种新的方法，以确保粒子和能量守恒的非弹性和超弹性碰撞，以及第一个完整的处理的逻辑边界条件的勒让德多项式形式主义。据我们所知，SOL-KiT是第一个完全隐式的任意阶谐波动力学代码，提供了一个保守的和自洽的方法，其集成的流体电子模式的流体动力学比较。在本文中，我们给出了模型方程和它们的离散化，以及显示一些验证/基准测试模拟的结果。
2020-03-02 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Propagation of waves in weakly ionized two-fluid plasmas. I. Small-amplitude Alfvénic waves
本文建立含电荷-中性粒子碰撞与霍尔电流的弱电离双流体模型，推导沿磁场传播的小振幅阿尔文波色散关系，揭示频率、偏振及磁能/动能分配对阻尼的影响。
2025-02-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph
