强激光与粒子束

作者：尚天博, 杨薇, 宋萌萌, 周前红,

关键词：PIC方法, 验证技术, 精度阶测试, 放电模拟,

当前，科学计算的验证主要针对基于确定性偏微分方程组的网格离散方法。放电等离子体的粒子云网格PIC方法作为一种粒子-网格耦合的仿真手段，其验证方法具有显著不同的特点：第一，PIC仿真除了在时间和空间上进行离散，还需要对粒子数权重进行离散；第二，离散粒子的相空间分布函数是否适合作为验证研究的观测量；第三，粒子-网格耦合过程中的电场插值和电荷分配会影响PIC仿真的全局收敛精度。另外，当PIC方法与蒙特卡罗（MC）方法耦合时，离散误差和随机误差通常叠加在一起，理查德森外推需要结合系综平均进行。提出了一种分层级验证的方法。首先对单粒子轨道、电磁场求解、二体粒子碰撞进行收敛精度阶测试；然后采用空间电荷限制流、气体的傅里叶流动等具有精确解的经典物理模型分别对集成PIC、MC模块进行离散误差评估；最后采用放电物理过程对程序功能进行基准校验。

来源：2024年第3期

《强激光与粒子束》期刊编辑部

查看强激光与粒子束杂志2024年第3期