15.15. ГИБРИДНЫЕ КОДЫ ЧАСТИЦА — ЖИДКОСТЬ

Для приложений, не требующих кинетического описания электронов, используются коды, в которых ионы являются частицами, а электроны описываются как жидкость. При использовании приближения Дарвина, или квазистатического приближения, достижимы такие же масштабы времени, что и для полностью явных кодов, однако шумы при этом меньше. Иногда небольшое число энергетичных электронов моделируется при помощи частиц, а холодные ионы и электронный фон являются жидкостью. Ранние модели этого типа [Dickman et al.; 1969; Byers et al., 1974] учитывали поперечную к плоскости моделирования компоненту тока, однако другие компоненты тока частиц и жидкости описывались очень приближенно; часто жидкость просто нейтрализовала заряд частиц.

В пределе пренебрежимо малой массы электронов более полный подход к токам частиц и жидкости используется в работе [Byers et al., 1977]. Похожий алгоритм применялся в двухмерном случае [Mankofsky et al., 1981; Harned, 1982a ]. Поперечный ток был получен при помощи явного интегрирования уравнения для импульса жидкости [Hewett, Nielson, 1978]. Продольный же ток жидкости вычислялся так, чтобы скомпенсировать продольный ток ионов, но при этом пропадали ленгмюровские колебания. Однако некоторые плазменные эффекты, зависящие от инерции электронов, сохранялись (нижнегибридные и электронные циклотронные волны).

При низких плотностях, там где частота альфвеновской волны велика, эти коды неустойчивы из-за использования явного интегрирования по времени. Для решения проблем, в которых существенны области с низкой плотностью или вакуум, необходимо вводить границу или применять другие стабилизирующие изобретения. Хьюетт [Hewett, 1980] избавился от этих ограничений, решив одновременно систему связанных уравнений для электронов и ионов при помощи неитеративного неявного метода переменных направлений. Приложения гибридных кодов описаны в § 15.18.