等离子体粒子模拟PDF电子书下载

第一章 导论 1

1.1 什么是等离子体 1

1.2 德拜长度和等离子体的准电中性 2

1.3 等离子体参量和集体相互作用 4

1.4 等离子体频率 4

1.5 等离子体的应用 6

1.6 等离子体的数值模拟研究方法 7

1.7 等离子体粒子模拟方法概述 9

1.7.1 基本思路 10

1.7.2 发展历史 10

1.7.3 算法问题 11

1.7.4 碰撞问题 12

第二章 静电模型 15

2.1 基本问题 15

2.2 有限大小粒子 16

2.3 计算傅立叶分析 19

2.3.1 问题的提出 19

2.3.2 傅里叶变换 20

2.3.3 取样定理 20

2.3.4 傅里叶变换的离散化处理 21

2.3.5 快速傅里叶变换 22

2.4 有限大小粒子的电场和受力计算 24

2.4.1 电荷密度关于网格点的多极展开 24

2.4.2 用计算傅里叶分析方法求解泊松方程 25

2.4.3 用插值法或权重法求粒子所受的力 27

2.5 粒子运动（非相对论情形） 27

2.6 有限大小粒子法对色散关系的修正 30

2.7 有界等离子体的模拟 31

2.8 权重粒子 35

第三章 电磁模型和静磁模型 36

3.1 电磁模型 36

3.1.1 基本方程 36

3.1.2 用FFT方法求解麦克斯韦方程组 37

3.1.3 粒子的运动 38

3.1.4 计算框图 41

3.1.5 无量纲化问题 42

3.1.6 料子边界条件 43

3.2 静磁模型 44

3.3 数值稳定性 45

3.4 诊断 48

3.4.1 粒子运动的测量 49

3.4.2 波的测量 55

3.5 粒子初始态的安置 58

3.5.1 系统的噪声起动 58

3.5.2 系统的平静起动 61

3.5.3 举例 62

4.1.1 问题简介 69

第四章 用空间网络差分方法求解泊松方程 69

4.1 一维泊松方程 69

4.1.2 粒子和场的权重分配方法 71

4.1.3 电荷、电流及场的边界条件 72

4.1.4 泊松方程的求解 74

4.2 二维泊松方程 75

4.3 X方向有界，Y方向为周期边界条件时泊松方程的求解 77

4.3.1 给定左右边界上的势φ0=V0, φNX=VL 78

4.3.2 左右边界为开放边界 80

4.4 原点对称系统 82

4.5 XY方向均为周期性边界条件时泊松方程的求解 84

4.6.1 r坐标系 85

4.6 R，R-Z，R- 坐标系中泊松方程的差分形式 85

4.6.2 r-z坐标系 86

4.6.3 r-θ坐标系 87

4.7 柱坐标系中的粒子和场的权重方程 88

第五章 用空间网格差分方法求解电磁场方程 90

5.1 电磁场方程的差分形式 90

5.1.1 一维情形 90

5.1.2 二维情形 92

5.2 麦克斯韦方程组解法的精度及稳定性 94

5.3 对电场的修正 95

5.4 A-φ公式 95

5.5.2 边界条件 97

5.5 场的初值条件和边界条件 97

5.5.1 初值条件 97

5.6 推动粒子 101

5.6.1 稳恒磁场中的粒子推动 101

5.6.2 变化电磁场中的粒子推动 106

5.7 粒子和场量积分耦合 107

5.8 粒子模拟的多时标法 108

第六章 切连科夫自由电子激光的离子模拟 111

6.1 切连科夫自由电子激光简介 111

6.2 本征模色散关系 112

6.3 耦合波色散关系 118

6.4.1 求电流密度 120

6.4 粒子模拟程序的建立 120

6.4.2 麦克斯韦方程组的求解 121

6.4.3 用线性插值方法求任意点上的电磁场 123

6.4.4 推动粒子 124

6.5 主要模拟结果 125

附录 132

A 差分格式的建立 132

B 书中常用符号表 136

C 国际单位制的高斯单位制主要公式对照表 137

参考文献 138