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
Variational principle for the parallel-symplectic representation of electromagnetic gyrokinetic theory
从欧拉回转运动变分原理出发，导出了非线性（全$f$）电磁回转运动麦克斯韦方程组组的平行辛表示.本文从旋动力学变分原理出发，用Noether方法导出了旋动力学麦克斯韦方程组组的精确能量守恒定律。这里，陀螺中心泊松括号和陀螺中心雅可比矩阵包含扰动磁场的贡献。在这里给出的完整的$f$表述的回旋运动的弗拉索夫-麦克斯韦理论中，回旋中心平行安培方程包含一个二阶贡献的回旋中心电流密度，这是来自二阶回旋中心有质动力哈密顿量。
2017-03-28 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
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
Exact conservation laws for gauge-free electromagnetic gyrokinetic equations
对无规范电磁回旋运动的Vlasov-麦克斯韦方程组的哈密顿和辛表示，用Noether方法导出了精确的能量和角动量守恒定律.这些gyrokinetic方程，这是唯一表示的电磁场，描述的低频湍流波动扰动的时间无关的超环面轴对称磁化等离子体。这里提出的明确的证明提供了一个完整的图片之间的能量和角动量的转移的陀螺中心和扰动的电磁场，其中陀螺中心的极化和磁化效应所发挥的关键作用被突出。除了得到一个精确的角动量守恒定律外，陀螺运动的Noether方程还得到一个精确的动量输运方程，这在更一般的平衡磁几何中可能是有用的。
2021-05-13 math-ph math.MP physics.plasm-ph
Second order Gyrokinetic theory for Particle-In-Cell codes
陀螺动力学简化的主要思想是从等离子体动力学中系统地去除最快的运动尺度（陀螺运动），从而大大简化模型并节省计算时间。回旋Maxwell-Vlasov系统在强磁化等离子体的数值模拟中得到了广泛的应用。不同版本的简化方程组存在依赖于陀螺动力学简化过程的构造和推导时假设的近似。本文的目的是明确地显示一般的二阶gyrokinetic Maxwell-Vlasov系统发出的现代Gyrokinetic理论推导和目前实施的全球电磁粒子在细胞代码ORB 5的模型之间的连接。严格必要的信息，现代Gyrokinetic形式主义的Gyrokinetic麦克斯韦-Vlasov方程的动力学第一原理的一致推导。利用动力学的变分形式同时得到了相应的精确能量守恒定律。显式推导的结果用于验证目前在ORB 5代码中实现的节能诊断。这项工作订阅到代码验证项目VeriGyro目前运行在IPP马克斯普朗克研究所与其他欧洲机构合作的背景下。
2017-03-13 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
Gyrokinetic Vlasov-Poisson model derived by hybrid-coordinate transform of the distribution function
本文指出在标准静电陀螺模型中得到的全轨道密度在$\varepsilon^{σ-1}$阶上并不准确，它是关于平衡分布$e^{-αμ}$与$μ\in (0, μ_{\max})$的关系，其中$\varepsilon$是归一化Larmor半径的阶，$\varepsilon^σ$是归一化静电势振幅的阶，$α$是$O(1)$的因子。这个误差使得全轨道密度的精确阶数与全轨道分布函数的近似阶数不一致。通过构造一个混合坐标系来求解全轨道分布，即用陀螺中心坐标系上的磁矩代替全轨道坐标系上的磁矩，得到由陀螺中心分布变换的全轨道分布，证明了全轨道密度可以近似为$\varepsilon^{σ-1}$阶。利用Selalib程序，对具有静电扰动的圆柱磁场位形中初始分布与$\exp(\frac{-μB}{T_i})$成正比的陀螺动力学模型与标准模型进行了数值比较.在这样的配置中，仿真结果在两个模型之间表现出相似的性能。
2020-05-31 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
Vlasov versus reduced kinetic theories for helically symmetric equilibria
在Vlasov理论框架下，得到了磁轴附近螺旋对称平衡的一个新的运动常数。鉴于这一运动常数的Vlasov理论进行了比较，漂移动力学和陀螺动力学理论近轴。结果表明，在轴对称平衡的情况下[H。Tasso和G. N. Throumoulopoulos，Phys.Plasmas 18，064507（2011）]，其上的弗拉索夫电流密度可以明显不同于漂移动力学和回旋动力学电流密度。这表明了一些限制的影响，减少动力学理论，特别是有关高能粒子的物理中心区域的磁约束等离子体。
2013-01-28 physics.plasm-ph
Simulation of ion temperature gradient driven modes with 6D kinetic Vlasov code
本文利用优化的6D动力学Vlasov半拉格朗日求解器模拟离子温度梯度模式，超越回旋动力学限制，首次展示完整垂直能量通量及非线性饱和阶段的高频波激发。
2024-02-09 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
Modelling the Lagrangian of magnetized plasmas with low-frequency magnetic perturbations by a gyrokinetic Ampere-Poisson model
按照Ref. (1)本文引入了粒子坐标系上的基本拉格朗日1-形式，它决定了低频磁扰动下磁化等离子体中所有离子和电子的动力学行为。一个安培-弗拉索夫模型被用来模拟这种基本的拉格朗日1-形式的基础上的一种粗粒度的计划。利用Cary-Littlejohn单参数Lie变换方法，通过对质点坐标系下的基本拉格朗日1-形式进行变换，得到了陀螺心坐标系下新的基本拉格朗日1-形式。这个新的1-形式决定了所有离子和电子在陀螺中心坐标上的动力学。提出了一种完全定义在陀螺中心坐标系上的新的Ampere-Vlasov模型来模拟新的拉格朗日1-形式。通过将静电微扰引入拉格朗日1-形式，我们最终得到了一个定义在陀螺中心坐标上的Ampere-Poisson-Vlasov模型。
2017-04-30 physics.plasm-ph
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
Gyrokinetics from variational averaging: existence and error bounds
从变分平均（VA）的角度回顾了长波长区的回旋动力学范式。VA-方法代表了除了经典平均或Chapman-Enskog展开之外，平均具有高度振荡特性的动力学方程的第三个支柱。VA操作的拉格朗日函数的水平上，并保留在所有订单的特征的哈密顿结构。我们通过带电粒子在强磁场中的运动详细讨论了VA的方法。VA的应用更广泛的一类高振荡的问题，可以预见。对于带电粒子，我们证明了相空间中的坐标映射的存在，导致在任何顺序的扩展，一般的外部领域的gyrokinetic拉格朗日。我们计算这个映射到三阶，独立于电磁规范。此外，相对于Vlasov方程的解决方案，推导出的gyrokinetic方程的解决方案的误差范围提供，允许估计质量的VA近似在这种特定的情况下。
2017-11-27 math-ph math.MP physics.plasm-ph
Microscopic foundations of kinetic plasma theory: The relativistic Vlasov--Maxwell equations and their radiation-reaction-corrected generalization
本文讨论了等离子体动力学理论的相对论Vlasov-麦克斯韦方程组近似地描述了Bopp-Landé-Thomas-Podolsky（BLTP）真空中$N$带电点粒子与Maxwell电磁场相互作用的相对论系统，只要微观动力学持续足够长，本文的目的不是提供一个完全严格的证明，而是为特殊相对论等离子体的动力学理论的微观基础绘制一幅概念性的路线图，并强调严格的推导似乎是可行的。本文提出的方法不是使用$n$点边际概率测度的BBGKY型层次结构，而是使用实际经验1点测度的分布PDE，其涉及卷积项中的实际经验2点测度。和经验的2点测量的（张量）产品的连续密度与本身，产生一个有限的$N$ Vlasov的动力学方程组，其中包括辐射反应和非平凡有限的$N$修正Vlasov-Maxwell-BLTP模型。有限$N$修正形式上消失在一个数学标度极限$N\to\infty$中，其中电荷为$\propto 1/\surd{N}$ .辐射反应项在这个极限也消失了。随后的形式极限发送波普的参数$\varkappa\to\infty$产生的弗拉索夫-麦克斯韦模型。
2020-02-21 math-ph math.MP physics.plasm-ph
Hierarchy of second-order gyrokinetic Hamiltonian models for particle-in-cell codes
约化粒子模型是从第一性原理系统地推导出回旋运动的弗拉索夫-麦克斯韦方程组的核心要素。耦合到内的回旋运动场粒子拉格朗日的字段，减少粒子模型定义的极化和磁化效应出现在回旋运动的麦克斯韦方程组。它也被用于从粒子特性的陀螺运动的Vlasov方程的重建。根据回旋运动相空间坐标的选择，可以使用各种简化粒子模型的表示。在本文中，简化粒子动力学的哈密尔顿表示在一个适合的实施在粒子细胞模拟的顺序明确来自一般的减少过程。二阶（相对于波动电磁场）、完整的有限拉莫尔半径（FLR）汉密尔顿回旋动力学粒子模型以及专门适用于长波长近似的二阶模型（即，包含高达二阶FLR校正），推导和比较最近实施的粒子在细胞代码ORB 5的模型。我们表明，同样的长波长近似方程也可以通过采取适当的限制的完整的FLR模型。
2017-03-15 nlin.CD physics.plasm-ph
High frequency non-gyrokinetic turbulence at tokamak edge parameter
本文首次通过6D-Vlasov模拟托卡马克边缘参数下的高频离子伯恩斯坦波湍流，发现其输运与回旋动理学湍流相当，表明回旋动理学近似的限制主要源于计算成本而非物理本质。
2023-10-24 physics.comp-ph 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 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
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
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
Two-dimensional Finite Larmor Radius approximation in canonical gyrokinetic coordinates
本文利用双尺度收敛工具，在正则回旋动坐标下建立了强外磁场中Vlasov-Poisson系统向二维有限拉莫尔半径模型的近似，提供了新的证明视角。
2010-11-03 cs.NA math.AP math.NA
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
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
Distributional solutions to the Maxwell-Vlasov equations
给出了Maxwell-Vlasov方程的分布形式。分析了子流形的分布，给出了Vlasov方程的一般子流形分布解。所需的属性，使这些解决方案可以是一个分布源麦克斯韦方程组进行了分析，它表明，一个充分条件是时空是全球双曲。冷流、多流和水囊电荷模型是分布Maxwell-Vlasov系统的特例。
2008-09-17 physics.acc-ph 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 Gyrokinetic 1D Scrape-Off Layer Model of an ELM Heat Pulse
应用静电回旋动力学模型来模拟平行的等离子体传输的刮除层偏滤器板。作者专注于一个测试问题，以前已经研究过，使用的参数选择来模拟热脉冲驱动的边缘本地化模式（ELM）在JET。以前的工作已经使用了直接的粒子在细胞方程与完整的动力学，或弗拉索夫或流体方程只有并行动力学。随着使用的回旋准中性方程和逻辑鞘边界条件，空间和时间分辨率的要求不再设置由电子德拜长度和等离子体频率，分别。这个测试问题也有助于说明一些物理包含在哈密顿形式的gyrokinetic方程和一些数值的挑战，在开发一个边缘gyrokinetic代码。
2015-01-13 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
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
Fourier-Hermite spectral representation for the Vlasov-Poisson system in the weakly collisional limit
利用Fourier-Hermite谱表示研究了1+ 1维Vlasov-Poisson系统的Landau阻尼.我们使用最近为陀螺动力学开发的向前和向后传播的厄米模式描述了相空间中自由能的传播[Schekochihin等人（2014）]。电场的变化通过自由能演化方程对应于净厄米通量。在线性朗道阻尼中，电场中的衰减对应于向前传播的厄米模式;在非线性阻尼中，初始衰减之后是增长阶段，其特征在于由非线性项产生向后传播的厄米模式。向后传播模式的自由能含量呈指数增加，直到平衡向前传播模式的自由能含量。此后，没有系统的净厄米磁通，因此电场不能衰减，非线性有效地抑制了朗道阻尼。这些模拟是使用全光谱5D陀螺动力学代码SpectroGK [Parker等人，2014]进行的，该代码经过修改以求解1+1D Vlasov-Poisson系统。这通过迭代的Lénard-Bernstein碰撞算子或通过速度空间中的Hou-Li滤波来捕获Landau阻尼。因此，该代码是适用的，即使在相混合和双折射占主导地位的制度。
2014-07-08 physics.plasm-ph
Comment on "Hamiltonian splitting for the Vlasov-Maxwell equations"
Crouseilles、Einkemmer和Faou的论文[1]对Vlasov-麦克斯韦方程组使用了不正确的泊松括号。如果使用了正确的泊松括号，则通常不能精确计算其中一个子系统的解。因此，不能用文献[1]中提出的分裂哈密顿方法构造Vlasov-麦克斯韦方程组的辛格式。
2015-04-29 physics.comp-ph physics.plasm-ph
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
Hamiltonian integration methods for Vlasov-Maxwell equations
利用哈密顿分裂技术发展了求解Vlasov-麦克斯韦方程组的哈密顿积分方法。哈密顿泛函被分成五个部分，即，电能，磁能，和动能的三个笛卡尔分量。每个子系统都是关于Morrison-Marsden-Weinstein Poisson括号的Hamilton系统，并且可以精确求解。精确解的组成产生泊松结构保持，或哈密顿，集成方法的弗拉索夫-麦克斯韦方程组，具有优越的长期保真度和精度。
2015-05-22 physics.comp-ph 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
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
Hamiltonian particle-in-cell methods for Vlasov-Maxwell equations
本文利用空间协调有限元方法和时间分裂方法，发展了求解Vlasov-麦克斯韦方程组的Hamilton粒子网格法.对于空间离散，给出了选择有限元空间的准则，使得半离散系统具有离散的非正则泊松结构。我们应用一个哈密顿分裂方法的半离散系统的时间，然后得到的算法是泊松保持和显式。该算法的守恒性质保证了对Vlasov-麦克斯韦方程组长时间的高效、精确数值模拟。
2016-06-18 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Gauge-free electromagnetic gyrokinetic theory
本文提出了一种新的无规范电磁陀螺运动理论，其中陀螺中心运动方程和陀螺中心相空间变换用扰动电磁场表示，而不是用通常的扰动势表示。陀螺中心的极化和磁化来自明确的陀螺中心的哈密顿量，高达第一阶的陀螺中心微扰展开。麦克斯韦方程中的源的表达式推导出的形式，是适合于模拟研究，以及动力学-gyrokinetic混合建模。
2019-01-23 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
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
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
Discretization form of the continuity condition at the polar axis, with application to the gyrokinetic simulation in a magnetic fusion torus
提出一种基于连续性条件的极轴离散化新方法，用于处理双曲型和椭圆型方程在极轴处的奇异性与内边界问题，并应用于含磁轴的托卡马克等离子体全局回旋动力学模拟。
2025-09-28 physics.comp-ph 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 integration of the Vlasov-Maxwell system with a variational particle-in-cell scheme
提出了一种用于求解Vlasov-麦克斯韦方程组的全变分、非结构化电磁粒子积分器。利用离散外微积分的形式，通过最小化单个离散场论作用量，导出了场求解器、插值格式和粒子推进算法。作为确保作用量在离散电磁规范变换下不变的结果，积分器精确地保持高斯定律。
2014-01-27 physics.acc-ph physics.comp-ph 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
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
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
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
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
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
