强激光与粒子束

作者：宋萌萌, 周前红, 孙强, 杨薇, 董烨,

关键词：粒子模拟, 库仑碰撞截面, 蒙特卡罗方法, TA模型, Nanbu模型, 等离子体,

在等离子体粒子模拟中，TA模型和NanBu模型被广泛用于处理库仑碰撞，这两种模型要求每个时间步长内全部粒子参与计算。为了降低参与碰撞的粒子数，提高库仑碰撞的计算效率，提出了一种基于截面的库仑碰撞模拟方法，并给出了库仑碰撞概率的计算公式。采用该方法对不同温度不同密度电子气的弛豫过程进行模拟，分别对比了电子速度分布函数、电子温度以及电子x、y方向上的温度与电子温度之比的模拟值与理论值，验证了该方法的准确性。在相同的小时间步长上，该方法相比TA模型计算效率提升可达40%以上。对于较大的时间步长，该方法仍能得到与理论解近似的模拟结果，相比Nanbu模型，在相同的精度下可取更大的时间步长，计算效率也有所提升。研究表明，该方法同样适用于电子-离子碰撞。因此在提高库仑碰撞计算效率上，该方法具有碰撞粒子数少以及适用于大时间步长的优势。

来源：2021年第3期

《强激光与粒子束》期刊编辑部

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