《表1 2维模拟参数：用粒子模拟方法研究离子声波》

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《用粒子模拟方法研究离子声波》

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粒子模拟的本质是求解有限个带电粒子满足的运动方程即牛顿力学方程.首先，计算带电粒子的位置和速度分布得到系统的电荷和电流分布；其次，通过求解麦克斯韦方程得到各粒子处的电场和磁场；然后，求解粒子在电场和磁场的作用下的运动方程，得到粒子新的位置和速度；最后，通过循环反复计算得到整个系统等离子体的粒子演化情况.本文的模拟计算使用的是作者自己编写的2维静电粒子模拟程序，静电模式模拟是指在计算过程中背景磁场是恒定值，只有电场是随着粒子的运动而不断变化的，因此我们只需要求解泊松方程和运动方程.泊松方程的求解过程是通过权重法计算出每个格点上的电荷，然后通过傅里叶变换来求解空间格点上的电势，通过差分方法进一步计算出每个粒子位置的电场强度.得到粒子处的电场强度之后，再结合背景磁场的强度，求解运动方程，得到粒子的运动速度和位置.模拟计算是在2维空间X-Y平面内进行，即模拟粒子只能在X-Y平面内运动，但是为了计算回旋运动，速度在3维方向都进行了计算.我们模拟计算的是电子束流激发双流体不稳定性的情况，模拟参数如表1，对应的物理时间、距离、密度、频率和能量也都列在表1中了.模拟参数是无量纲化的值，真实值是接近地球附近的空间等离子体参数值[34].模拟过程包含了3种粒子，分别是束流电子，背景电子和离子.在初始时刻，3种粒子都是均匀分布在模拟空间内的，3种成分的速度分布均为Maxwell分布，采用周期边界条件，背景磁场方向与粒子束流运动方向相同.