خوارزمية تصادم كولومبي هايبرد ماكسويلية-مونت كارلو للتمثيلات الجزيئية

يتم نمذجة تصادمات كولومب في المحاكاة الجزيئية للبلازما الضعيفة الربط بواسطة معادلة لاندو-فوكر-بلانك، التي يتم حلها عادة باستخدام طرق مونت كارلو (MC). واحدة من العيوب الرئيسية لـ MC هي قيود دقة زمن الخطوة t << 1 لحل تردد التصادم. تصبح القيود صارمة للغاية بالنسبة للتصادمات الذاتية في وجود أنواع ذات حالات شحن عالية، وللتصادمات بين الأنواع مع تفريقات كبيرة في الكتلة (مثل الموجودة في حاويات انصهار القصور الذاتي)، مما يجعل المحاكاة على مدى طويل مكلفة للغاية أو غير عملية. لتجاوز هذه الصعوبات، نستكشف نموذج هايبرد ماكسويلية-MC (HMMC) للتمثيلات الجزيئية. على وجه الخصوص، نقوم بتصميم خوارزمية تصادمية تصف الأنواع ضعيفة التفاعل مع الجسيمات، والأنواع شديدة التفاعل ومكونات السوائل مع ماكسويل. نستخدم طريقة ليمونز للتصادمات بين الجسيمات وماكسويل، معززة بمعالجة أكثر دقة للجسيمات ذات السرعة النسبية المنخفضة، ونموذج ذو خمسة لحظات للتصادمات ماكسويل-ماكسويل. يتم التعامل مع التصادمات الثنائية بين الجسيمات بأسلوب تاكيتزكا-أبي التقليدي، الذي نقوم بتمديده لاستيعاب أوزان الجسيمات العشوائية للتعامل مع تفريقات الكثافة الكبيرة دون المساس بخصائص الحفظ. HMMC تحافظ على الخصائص بشكل صارم وتتفوق بشكل كبير على طرق MC القياسية في الحالات التي توجد فيها تفريقات كبيرة في الكتلة بين الأنواع أو حالات شحن كبيرة، مما يظهر تحسينات كبيرة في الكفاءة الحاسوبية. سنوضح دقة وأداء الطريقة المقترحة من خلال عدة أمثلة متفاوتة التعقيد، بما في ذلك مشاكل الاسترخاء ذات البعد الصفري ومشاكل النقل ذات البعد الواحد، الأخيرة باستخدام نموذج هايبرد للكتلة الأيونية والسوائل الإلكترونية.