Particle-in-Cell electrostatic numerical algorithm

Existing global models of interaction between the solar wind (SW) and the local interstellar medium (LISM) describe the heliosphere that arises as a result of this interaction. There is a strong motivation to develop a kinetic model using the Particle-in-Cell (PIC) method to describe phenomena which appear in the heliosphere. This is however a long term scientific goal. This paper describes an electrostatic Particle-in-Cell numerical model developed in the Institute of Aviation in Warsaw, winch includes mechanical and charge exchange collisions between particles in the probabilistic manner using Direct Simulation Monte Carlo method. This is the first step into developing simulations of the heliosphere incorporating kinetic effects in collisionless plasmas. In this paper we focus only on presenting the work, which have been done on the numerical PIC algorithm.

Istniejące globalne modele oddziaływania wiatru słonecznego (SW) z lokalną materią międzygwiazdową (LISM) opisują heliosferę, która powstaje w wyniku interakcji tych dwóch ośrodków. Istnieje silna motywacja do opracowania modelu kinetycznego wykorzystującego metodę Particle-in-Cell (PIC) w celu opisu zjawisk, które zachodzą w heliosferze. Jednakże jest to długoterrninowy cel naukowy. W artykule przedstawiono elektrostatyczny model numeryczny PIC. opracowany w Instytucie Lotnictwa w Warszawie, który obejmuj e kolizje mechaniczne i rezonansową wymianę ładunków pomiędzy cząstkami w sposób probabilistyczny metodą Direct Simulation Monte Carlo. Jest to pierwszy krok w opracowywaniu symulacji heliosfery zawierającej efekty kinetyczne w plazmach bezzderzeniowych. W tym artykule koncentrujemy się tylko na prezentowaniu prac, które zostały wykonane z wykorzystaniem algorytmu numerycznego PIC.