Particle in cell 方法的matlab代码 Simple PIC code in matlab

资 源 简 介

Particle in cell 方法的matlab代码 Simple PIC code in matlab

详 情 说 明

Particle-in-cell（PIC）方法是等离子体模拟中常用的数值技术，它通过追踪粒子在网格上的运动来研究带电粒子系统的动力学行为。以下是一个基础MATLAB实现的核心思路：

该算例模拟了空间存在带电平板时等离子体的响应。计算域被划分为离散的网格，其中粒子携带电荷并在网格节点间移动。主要分为三个计算阶段：

电荷分配 粒子位置通过云网格法（Cloud-in-Cell）将电荷加权分配到邻近网格节点，确保平滑的电荷密度分布。靠近网格中心的粒子对所在网格贡献更大权重。

电场求解 通过泊松方程计算网格节点上的电势，使用有限差分法将微分方程转化为线性方程组。对于带电平板边界条件，需特别处理其固定电势或电荷密度。解得的电势经中心差分后得到电场强度分布。

粒子推进 根据洛伦兹力更新粒子速度和位置，采用蛙跳积分法保持时间对称性。离子因质量较大运动较慢，需注意其时间步长选择以避免数值不稳定。

典型输出包含： 沿计算域的电场强度曲线，可观察到平板附近的强电场及等离子体屏蔽效应 离子密度分布显示平板对离子的吸引/排斥作用形成的密度扰动

此实现虽简化了碰撞和边界效应，但清晰展示了PIC方法中粒子-网格交互的核心机制，是理解更复杂等离子体模拟的基础。