高空核爆炸早期碎片等离子体模拟.pdf

高空核爆炸早期碎片等离子体模拟张俊杰1,彭国良1,2,任泽平1(1.西北核技术研究所,西安7 1 0 0 2 4;2.北京理工大学 机电工程学院,北京1 0 0 0 8 1)摘 要:针对高空核爆炸早期碎片等离子体模拟,提出了高空核爆炸等离子体演化过程必须经历的4个阶段,包括链式反应阶段、早期过渡期、非平衡碰撞期和非平衡无碰撞期。在此基础上,给出了用于描述早期过渡期、非平衡碰撞期和非平衡无碰撞期3个阶段的适用模型和基本方程:早期过渡期适用相对论性多温流体,用相对论性流体方程描述;非平衡碰撞期适用相对论性碰撞等离子体,用相对论性玻尔兹曼 麦克斯韦耦合方程描述;非平衡无碰撞期适用非相对论性无碰撞等离子体,用流体P I C(p a r t i c l e-i n-c e l l)混合模拟描述。关键词:玻尔兹曼 麦克斯韦耦合方程;等离子体模拟;流体P I C混合模拟;多温流体;碰撞等离子体中图分类号:T L 6 5;O 5 3 1 文献标志码:A D O I:1 0.1 2 0 6 1/j.i s s n.2 0 9 5 6 2 2 3.2 0 2 3.0 2 0 4 0 1收稿日期:2 0 2 2 0 6 2 0;修回日期:2 0 2 2 1 2 2 1基金项目:国家自然科学基金资助项目(1 2 1 0 5 2 2 7)作者简介:张俊杰(1 9 9 2-),男,甘肃兰州人,助理研究员,博士,主要从事高空核爆炸等离子体数值模拟研究。E-m a i l:z h a n g j u n j i e n i n t.a c.c nP l a s m a S i m u l a t i o n f o r E a r l y-S t a g e D e b r i s i n H i g h A l t i t u d e N u c l e a r E x p l o s i o n sZ HANG J u n j i e1 P E NG G u o l i a n g1 2 R E N Z e p i n g1 1 N o r t h w e s t I n s t i t u t e o f N u c l e a r T e c h n o l o g y X i a n 7 1 0 0 2 4 C h i n a 2 C o l l e g e o f M e c h a n i c a l a n d E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g B e i j i n g I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y B e i j i n g 1 0 0 0 8 1 C h i n a A b s t r a c t I n t h i s p a p e r f o u r d i f f e r e n t s t a g e s t h a t m u s t b e e x p e r i e n c e d i n p l a s m a e v o l u t i o n p r o c e s s o f e a r l y-s t a g e d e b r i s i n t h e h i g h a l t i t u d e n u c l e a r e x p l o s i o n a r e p r o p o s e d t h a t i s c h a i n-r e a c t i o n s t a g e e a r l y t r a n s i t i o n s t a g e n o n-e q u i l i b r i u m c o l l i s i o n p l a s m a s t a g e a n d n o n-e q u i l i b r i u m c o l l i s i o n-f r e e p l a s m a s t a g e O n t h i s b a s i s a p p l i c a b l e m o d e l s a n d b a s i c e q u a t i o n s f o r d e s c r i b i n g t h e e a r l y t r a n s i t i o n p e r i o d t h e n o n-e q u i l i b r i u m c o l l i s i o n p e r i o d a n d n o n e q u i-l i b r i u m c o l l i s i o n-f r e e p e r i o d a r e p r o v i d e d F o r e x a m p l e i n t h e e a r l y t r a n s i t i o n a l p e r i o d r e l-a t i v i s t i c m u l t i-t e m p e r a t u r e f l u i d s c a n b e d e s c r i b e d b y u s i n g r e l a t i v i s t i c f l u i d e q u a t i o n s T h e n o n-e q u i l i b r i u m c o l l i s i o n p e r i o d i s a p p l i c a b l e t o r e l a t i v i s t i c c o l l i s i o n p l a s m a s d e s c r i b e d b y u-s i n g t h e r e l a t i v i s t i c B o l t z m a n n-M a x w e l l c o u p l i n g e q u a t i o n T h e n o n-e q u i l i b r i u m c o l l i s i o n-f r e e p e r i o d i s a p p l i c a b l e t o n o n r e l a t i v i s t i c c o l l i s i o n f r e e p l a s m a w h i c h c a n b e d e s c r i b e d b y f l u i d-P I C p a r t i c l e-i n-c e l l h y b r i d s i m u l a t i o n 1-104020第1 4卷 第2期2 0 2 3年6月现 代 应 用 物 理MO D E R N A P P L I E D P HY S I C SV o l.1 4,N o.2J u n.2 0 2 3K e y w o r d s B o l t z m a n n-M a x w e l l e q u a t i o n s p l a s m a s i m u l a t i o n f l u i d-P I C m i x e d s i m u l a t i o n m u l t i-t e m p e r a t u r e f l u i d c o l l i s i o n a l p l a s m a 高空核爆炸是指爆高在3 0 k m以上的核爆炸14。在如此高的海拔,大气变得稀薄,相应的核爆炸物理过程也和地面完全不同。根据有限的实验数据,高空核爆炸产生的物质能分布到数千千米的范围1,49。爆炸能产生很强的电磁脉冲81 0,电离加热大气(持续1 02 0 h),甚至产生南北半球的人造极光(持续几天到几个月)1 11 2。这些过程都可能对人造卫星、飞行器、电子设备及地面电站等产生毁灭性的影响。目前,只有少量的实验数据来支撑对高空核爆炸物理过程的认识,绝大多数模拟研究获取高空核爆炸环境参数1 3。西北核技术研究院王建国团队对高空核爆炸环境进行了长期研究,系统全面地建立了高空核爆炸瞬时环境(核辐射、X 射线、核电磁脉冲和光辐射等)和长期环境(碎片云、附加电离层和人工辐射带等)的数值模拟方法1 3,给出了典型爆高与当量下的高空核爆炸环境参数,总结了高空核爆炸环境特征与规律。尤其在核电磁脉冲模拟方面1 31 8,建立了早期和中期核电磁脉冲一体化模拟方法,分析了背景电离等参数对电磁脉冲模拟结果的敏感性,首次数值模拟得到了中期电磁脉冲的参数,数值模拟得到了电磁脉冲的耦合特性。但在晚期电磁脉冲模拟方面仍是缺项,这涉及到高空核爆炸碎片等离子体的产生、扩展和演化过程,这个过程非常复杂,包括链式反应阶段、早期过渡期、非平衡碰撞期和非平衡无碰撞期4个阶段。针对后3个阶段,本文梳理给出了相关等离子体的物理模型和数值模拟方法。研究高空核爆炸的等离子体过程有助于加深对高空核爆炸物理过程的认识,通过模拟计算也能分析和评估核爆炸晚期等离子体运动对人造设施的影响,意义重大。1不同等离子体阶段的描述图1为高空核爆炸等离子体演化4个阶段示意图。本节主要给出后3个阶段的描述方程。1.1早期过渡期链式反应结束后,系统温度较高,频繁的热运动能维持系统内部不同组分离子及电子的局部热平衡。考虑到系统不同组分,特别是离子和电子无法处于相同的温度,且电子的速度接近光速,该过程可用相对论性多温流体模型进行描述。相对论流体力学1 92 4是一种被广泛使用的有效模型,发展已较为成熟,广泛应用于相对论重离子碰撞等领域中描述高温、高密、等夸克物质或等离子体的演化。图1高空核爆炸等离子体演化4个阶段示意图F i g.1 S c h e m a t i c d i a g r a m f o r f o u r s t a g e s o f h i g h a l t i t u d e n u c l e a r e x p l o s i o n s多组分相对论流体力学一般形式(自然单位制)包括:能动量守恒方程,表示为T=F(1)粒子数守恒方程,表示为ji=0(2)其中:T和ji分别为能动量张量和第i种粒子数的4矢量流;指标=0,1,2,3;F为外源项或广义的力,如洛伦兹力等。常见的组分方程可表示为T=+P uu-P g+hu+hu+(3)其中:,P,h,分别为能量密度、压强、热4矢量流及黏滞张量;u为流速,满足uu=1;g为空间度规,对于平直时空可取对角矩阵+1,-1,-1,-1。对于不同组分的粒子流,可表示为ji=niu+ji(4)其中:ni为第i种粒子的数密度;ji为其他各类高阶效应,如热传导及电传导等。式(3)和式(4)中,h,ji可写为各种热力学量或流速梯度形式,如可表示为2-104020 张俊杰 等:高空核爆炸早期碎片等离子体模拟第2期=u +-13 u(5)其中:=g-uu为投影算符;,为体黏滞和剪切黏滞系数。选取恰当的初始条件,即可求解额外的热力学量的状态方程。1.2非平衡碰撞期当系统逐渐膨胀至一定阶段后,局域平衡态被打破,流体力学的描述不再适用,此时系统内部高离化态的重离子会与周围的电子及其他成分发生碰撞,并逐渐降低离化态。该过程涉及了不同组分间的碰撞,电子的速度依然接近光速,此时等离子体系统的描述适合使用相对论性玻尔兹曼 麦克斯韦耦合方程2 52 8。相对论性玻尔兹曼 麦克斯韦耦合方程(自然单位制)可表示为fa(x,p,t)t+va?xfax,p,t +Fa?pfax,p,t =Ca(x,p,t)(6)?B=Et+ad3p2 3fax,p,t qava(7)?E=ad3p2 3fax,p,t qa(8)?B=0(9)?E=-Bt(1 0)Fa=qaE+vaB +FG+(1 1)其中:fa(x,p,t)为相空间中某点处的单粒子分布函数;a为该粒子的种类;E和B为坐标空间中的电场强度和磁感应强度;qa为a类型粒子携带的电荷;Fa为作用在粒子上的外力,如电磁力或引力等;Ca为碰撞项,用于描述短程的粒子散射,是一个高维积分。对于两体散射,碰撞项可表示为Ca bc d(x,p,t)=3i=1d3ki2 32EkiMa bc d22Ep2 44 k1+k2-k3-p fak1fbk2Fck3Fdp-Fak1Fbk2fck3fdp (1 2)其中:Fdp为量子修正,对于波色子,Fdp=1+fdp,对于费米子,Fdp=1-fdp,对于经典粒子,Fdp=1。不变散射矩阵元Ma bc d可直接通过第一性的方法计算得到。因此,相对论性玻尔兹曼 麦克斯韦耦合方程能从第一性原理的角度对等离子体系统进行直接描述。1.3非平衡无碰撞期当系统继续膨胀,体系温度逐渐降低,粒子数密度下降,离子的离化态降低至几个单位电荷时,粒子间的碰撞不再频繁,且相对论效应不再显著,此时,可使用“等离子体混合模拟”2 93 2方法描述该过程,即用P I C(p a r t i c l e-i n-c e l l)模拟离子,用流体描述电子。该方法普遍用于低频电磁环境中空间大范围等离子体数值模拟,介于粒子模拟和守恒方程(磁流体)之间。高空核爆炸后期的碎片云运动,适合于用等离子体混合法进行处理。在混合模拟中(高斯单位制),电场和磁场满足Et=c?B-4 Ji+Je (1 3)Bt=-c?E(1 4)其中:Ji=niqivi为离子电流密度;ni为离子数密度;qi为离子电荷;vi为离子速度;Je=-e neve为电子电流密度;ne为自由电子数密度;ve为电子速度。当式(1 3)左边近似为0时,称为D a r w i n低频近似。离子电流源项Ji可通过求解满足的牛顿第二运动定律P I C离子运动方程给出,表示为midvidt=qiE+viBc (1 5)为求解电子速度,需利用等离子体中性条件,表示为e ne=qini(1 6)若进一步假设电子的质量为0,则电子满足的牛顿第二运动定律可表示为-e neE+veBc =nemedvedt=0(1 7)利用式(1 6)和式(1 7)即可得到电子速度ve和电子数密度ne,再由它们求电子电流密度Je。3-104020第1 4卷现 代 应 用 物 理2分阶段模型计算举例本文给出用于描述高空核爆炸等离子体全流程的基本研究框架和研究范式。2.1非平衡碰撞期非平衡碰撞期的主要特点是等离子体系统中电子的速度接近光速,离子的速度约为光速的1/1 0 0。本节主要展示利用本课题组自主开发的相对论性全碰 撞 项 玻 尔 兹 曼麦 克 斯 韦 耦 合 方 程R B G-M a x w e l l,计算夸克胶子等离子体2 42 5早期物质演化的一些重要结论3 4。该系统的计算模型可直接推广至高空核爆炸非平衡碰撞期。利用R B G-M a x w e l l模拟能量为2 0 0 G e V的A u核A u核对撞实验,给出电荷依赖的直接流v1随快度y的变化关系,如图2所示。图2中,红色实线和蓝色虚线分别为质子/反质子与+/-介子的直接流v1与快度y的关系;绿色和黑色的点为S T A R实验3 5在1 0%4 0%中心度下测量到的结果。由图2可见,R B G-M a x w e l l给出的结果与实验值在定性和量级上相符。图2电荷依赖的直接流v1随快度y的变化关系F i g.2 C h a r g e d e p e n d e n t d i r e c t f l o w v1 v s.r a p i d i t y y 由于R B G-M a x w e l l从第一性原理角度对碰撞等离子体进行直接描述,因此,可直接比较碰撞对电磁场和电导率的影响。图3和图4分别为反应面中心 点 处 的 磁 场-e By/和 电 导 率|x x|=i,j|x x(xi,yj)|/ng r i d s随ct的变化关系。由图3和图4可见,粒子之间的散射削弱了磁场强度和电导率,这与直观的理解是一致的,即粒子散射限制了粒子的运动,增强了流体效应,进而削弱了系统对电磁场的响应。图3-e By/随ct的变化关系F i g.3-e By/v s.ct图4|x x|随ct的变化关系F i g.4|x x|v s.ct2.2非平衡无碰撞期对于非平衡无碰撞期,本文引用文献2 9 中的结果。该过程利用混合模拟程序,对高空大气中以初速度为21 06 ms-1进行扩散的离子 电子准中性系统进行模拟,并对槽型不稳定性引起的花瓣状结构的根源进行了详细分析。重离子在大气层中扩张如图5所示。(a)t=0.1 s4-104020 张俊杰 等:高空核爆炸早期碎片等离子体模拟第2期(b)t=0.3 s(c)t=0.5 s(d)t=0.7 s(e)t=0.9 s(f)t=1.1 s图5重离子在大气层中的扩张F i g.5 E x p a n s i o n o f h e a v y i o n s i n a t m o s p h e r e观测方向为z轴(即沿着地磁场方向),此时取背景磁感应强度为0.51 0-4 T的均匀磁场。离子为+1价的铁离子,并以21 06 ms-1的速度由中心点处向四周运动。背景+1价氧离子的数密度为1 07 c m-3。由图5可见,随着离子的扩张,边缘逐渐变形,打破原型结构,并逐渐演化出花瓣状。该过程是由等离子体槽型不稳定性引起的。3总结高空核爆炸早期碎片等离子体包含了流体、碰撞等离子体和无碰撞等离子体3个阶段,单一的模型无法完备地描述这一过程。本文给出了用于完整求解高空核爆炸早期碎片等离子体过程的方案和思路,并对相关的理论进行了简要介绍。完整描述高空核爆炸等离子体的过程有助于理解与该过程相关的物理现象,进而有助于对高空核爆炸等离子体产生的效应进行分析与评估。参考文献 1 王建国 牛 胜利 张殿 辉 等 高空核爆炸 效应参数手册 M 北京 原子能出版社 2 0 1 0 WAN G J i a n-g u o N I U S h e n g-l i Z HAN G D i a n-h u i e t a l P a r a m e t e r H a n d b o o k o f H i g h A l t i t u d e N u c l e a r D e t o n a t i o n E f f e c t M B e i j i n g A t o m i c E n e r g y P r e s s 2 0 1 0 2 DUR N E Y A C E L L I O T H HYN D S R J e t a l S a t e l l i t e o b s e r v a t i o n s o f t h e e n e r g e t i c p a r t i c l e f l u x p r o d u c e d b y t h e h i g h-a l t i t u d e n u c l e a r e x p l o s i o n s o f J u l y 9 1 9 6 2 J N a t u r e 1 9 6 2 1 9 5 1 2 4 5 1 2 4 8 3 G I L L P J M a g n e t i c a n d e a r t h-c u r r e n t e f f e c t s o f t h e h i g h-a l t i t u d e n u c l e a r e x p l o s i o n o n 9 J u l y 1 9 6 2 J N e w Z e a l a n d 5-104020第1 4卷现 代 应 用 物 理J o u r n a l o f G e o l o g y a n d G e o p h y s i c s 1 9 6 2 5 6 9 4 3 9 5 3 4 S T E I G E R W R MAT S U S H I T A S P h o t o g r a p h s o f t h e h i g h-a l t i t u d e n u c l e a r e x p l o s i o n T e a k J J G e o p h y s R e s 1 9 6 0 6 5 2 5 4 5 5 5 0 5 C HR I S TO F I L O S N C T h e a r g u s e x p e r i m e n t J J G e o p h y s R e s 1 9 5 9 6 4 8 8 6 9 8 7 5 6 B AK E R R C S T R OME W M M a g n e t i c d i s t r i b u t i o n f r o m a h i g h-a l t i t u d e n u c l e a r e x p l o s i o n J J G e o p h y s R e s 1 9 6 2 6 7 1 2 4 9 2 7 4 9 2 8 7 Z I NN J HO E R L I N H P E T S C HE C K A G T h e m o t i o n o f b o m b d e b r i s f o l l o w i n g t h e s t a r f i s h t e s t C R a d i a t i o n T r a p p e d i n t h e E a r t h s M a g n e t i c F i e l d 1 9 6 3 6 7 1 6 9 2 8 Z HAN G J Z HAN G Y R O n t h e p r o p a g a t i o n o f t h e h i g h-a l t i t u d e n u c l e a r e l e c t r o m a g n e t i c p u l s e C 2 0 1 8 1 2 t h I n t e r n a t i o n a l S y m p o s i u m o n A n t e n n a s P r o p a g a t i o n a n d EM T h e o r y I S A P E 2 0 1 8 9 S H I L H Z HAN G X S UN Z e t a l A n o v e r v i e w o f t h e HEMP r e s e a r c h i n C h i n a J I E E E T r a n s E l e c t r o m a g n C o m p a t 2 0 1 3 5 5 3 4 2 2 4 3 0 1 0 UN T E R B E R G E R R R B Y E R L Y P E M a g n e t i c e f f e c t s o f a h i g h-a l t i t u d e n u c l e a r e x p l o s i o n J J G e o p h y s R e s 1 9 6 2 6 7 1 2 4 9 2 9 4 9 3 2 1 2 HE S S W N T h e a r t i f i c i a l r a d i a t i o n b e l t m a d e o n J u l y 9 1 9 6 2 J J G e o p h y s R e s 1 9 6 3 6 8 3 6 6 7 6 8 3 1 3 王建国 刘 利 牛胜利 等 高空核爆炸环境数值模拟 J 现代应用物理 2 0 2 3 1 4 1 0 1 0 1 0 1 WAN G J i a n-g u o L I U L i N I U S h e n g-l i e t a l N u m e r i c a l s i m u l a t i o n s o f e n v i r o n m e n t a l p a r a m e t e r s o f h i g h-a l t i t u d e n u c l e a r e x p l o s i o n J M o d e r n A p p l i e d P h y s i c s 2 0 2 3 1 4 1 0 1 0 1 0 1 1 4 L I Y WAN G J G Z UO Y H e t a l S i m u l a t i o n o f h i g h-a l t i t u d e n u c l e a r e l e c t r o m a g n e t i c p u l s e u s i n g a m o d i f i e d m o d e l o f s c a t t e r e d g a mm a J I E E E T r a n s N u c l S c i 2 0 2 0 6 7 1 2 2 4 7 4 2 4 8 0 1 5 L I Y YAN G J G Z UO Y H e t a l S e n s i t i v i t y A n a l y s i s o f C o n d u c t i v i t y M o d e l s i n S i m u l a t i o n o f H i g h-A l t i t u d e E l e c t r o-m a g n e t i c P u l s e J I E E E T r a n s E l e c t r o m a g n C o m p a t 2 0 2 2 6 4 6 2 0 9 4 2 1 0 3 1 6 L I Y L I U L WAN G J G e t a l N u m e r i c a l s i m u l a t i o n o f t h e i n t e r m e d i a t e-t i m e h i g h-a l t i t u d e e l e c t r o m a g n e t i c p u l s e J I E E E T r a n s E l e c t r o m a g n C o m p a t 2 0 2 2 6 4 5 1 4 2 31 4 3 0 1 7 王建国 刘国治 周金山 微波孔缝线性耦合函数研究 J 强激光与粒子束 2 0 0 3 1 5 1 1 1 0 9 3 1 0 9 9 WAN G J i a n-g u o L I U G u o-z h i Z HOU J i n-s h a n I n v e s t i g a t i o n s o n f u n c t i o n f o r l i n e a r c o u p l i n g o f m i c r o w a v e s i n t o s l o t s J H i g h P o w e r L a s e r a n d P a r t i c l e B e a m s 2 0 0 3 1 5 1 1 1 0 9 31 0 9 9 1 8 X I E H Y WAN G J G F AN R Y e t a l A h y b r i d F D T D-S P I C E m e t h o d f o r t r a n s m i s s i o n l i n e s e x c i t e d b y a n o n u n i f o r m i n c i d e n t w a v e J I E E E T r a n s E l e c t r o m a g n C o m p a t 2 0 0 9 5 1 4 8 1 1 8 1 7 1 9 VAN A L L E N J A F R ANK L A O B R I E N B J S a t e l l i t e o b s e r v a t i o n s o f t h e a r t i f i c i a l a n d r a d i a t i o n b e l t o f J u l y 1 9 6 2 J J G e o p h y s R e s 1 9 6 3 6 8 3 6 1 9 6 2 7 2 0 P U S WU S Y YAN G D L C h i r a l H a l l e f f e c t a n d c h i r a l e l e c t r i c w a v e s J P h y s R e v D 2 0 1 5 9 1 2 0 2 5 0 1 1 2 1 AUV I N E N J E S KO L A K J HUOV I N E N P e t a l T e m p e r a t u r e d e p e n d e n c e o f s o f s t r o n g l y i n t e r a c t i n g m a t t e r E f f e c t s o f t h e e q u a t i o n o f s t a t e a n d t h e p a r a m e t r i c f o r m o f s T s T J P h y s R e v C 2 0 2 0 1 0 2 4 0 4 4 9 1 1 2 2 S ON G H C HE I N Z U I n t e r p l a y o f s h e a r a n d b u l k v i s c o s i t y i n g e n e r a t i n g f l o w i n h e a v y-i o n c o l l i s i o n s J P h y s R e v C 2 0 1 0 8 1 2 0 2 4 9 0 5 2 3 MO L NA R E HO L O P A I N E N H HUOV I N E N P e t a l I n f l u e n c e o f t e m p e r a t u r e-d e p e n d e n t s h e a r v i s c o s i t y o n e l l i p t i c f l o w a t b a c k w a r d a n d f o r w a r d r a p i d i t i e s i n u l t r a r e l a t i v i s t i c h e a v y-i o n c o l l i s i o n s J P h y s R e v C 2 0 1 4 9 0 4 0 4 4 9 0 4 2 4 CHE N J W D ON G H OHN I S H I K e t a l S h e a r v i s c o s i t y o f a g l u o n p l a s m a i n p e r t u r b a t i v e Q C D J P h y s L e t t B 2 0 1 0 6 8 5 4 5 2 7 7 2 8 2 2 5 Z HAN G J J F AN G R H WAN G Q e t a l A m i c r o s c o p i c d e s c r i p t i o n f o r p o l a r i z a t i o n i n p a r t i c l e s c a t t e r i n g s J P h y s R e v C 2 0 1 9 1 0 0 6 0 6 4 9 0 4 2 6 Z HAN G J J WU H Z P U S e t a l T o w a r d s a f u l l s o l u t i o n o f t h e r e l a t i v i s t i c B o l t z m a n n e q u a t i o n f o r q u a r k-g l u o n m a t t e r o n G P U s J P h y s R e v D 2 0 2 0 1 0 2 7 0 7 4 0 1 1 2 7 WU H Z Z HAN G J J P AN G L G e t a l ZMC i n t e g r a l A p a c k a g e f o r m u l t i-d i m e n s i o n a l M o n t e C a r l o i n t e g r a t i o n o n m u l t i-G P U s J C o m p u t e r P h y s i c s C o mm u n i c a t i o n s 2 0 2 0 2 4 8 1 0 6 9 6 2 2 8 Z HANG J J C HE N J N P ANG L G e t a l J e f i G P U J e f i m e n k o s e q u a t i o n s o n G P U J C o m p u t e r P h y s i c s C o mm u n i c a t i o n s 2 0 2 2 2 7 6 1 0 8 3 2 8 2 9 Z HAN G J J Z HAN G X P E N G G L A G P U-b a s e d g e n e r a l n u m e r i c a l f r a m e w o r k f o r p l a s m a s i m u l a t i o n s i n t e r m s o f t h e m i c r o s c o p i c k i n e t i c e q u a t i o n s w i t h f u l l c o l l i s i o n t e r m s J P l a s m a S c i T e c h n o l 2 0 2 2 2 4 5 0 5 4 0 0 7 3 0 P E N G G L Z HAN G J J C HE N J N e t a l T w o t y p i c a l c o l l e c t i v e b e h a v i o r s o f t h e h e a v y i o n s e x p a n d i n g i n c o l d p l a s m a w i t h a m b i e n t m a g n e t i c f i e l d J P h y s F l u i d s 2 0 2 1 3 3 7 0 7 6 6 0 2 3 1 彭国良 张俊杰 基于流体-磁流体-粒子混合方法的高空核爆炸碎片云模拟 J 物理学报 2 0 2 1 7 0 1 8 1 8 0 7 0 3 P E N G G u o-L i a n g Z HAN G J u n-J i e H y d r o-M a g n e t o-P I C h y b r i d m o d e l f o r d e s c r i p t i o n o f d e b r i s m o t i o n i n h i g h a l t i t u d e n u c l e a r e x p l o s i o n s J A c t a P h y s S i n 2 0 2 1 7 0 1 8 1 8 0 7 0 3 3 2 HEWE T T D W B R E C HT S H L A R S ON D J T h e p h y s i c s o f i o n d e c o u p l i n g i n m a g n e t i z e d p l a s m a e x p a n s i o n s J