粒子のescapeと局所return

BEACH は box 外の plasma を時間発展させません。[particle_boundary] で非周期面を open、reflect、 redistributed_reflect のいずれかにし、open 面へ ordinary_open_model="escape" | "potential_barrier" を適用します。この処理は 生成方法に依存せず、boundary reservoir流入、plane_source、photo_raycast、volume_seed、 deprecatedなreservoir_faceに共通です。周期性は domain.periodic_axes で定め、粒子境界へ periodic は指定しません。 完全修飾キーは particle_boundary.ordinary_open_model です。

1. escape: open面で粒子を除去する

[particle_boundary]
x_low = "open"
x_high = "open"
y_low = "open"
y_high = "open"
z_low = "open"
z_high = "open"
ordinary_open_model = "escape"

粒子は境界通過位置で除去されます。macro電荷$qw$はspecies別のescaped_to_infinityへ計上され、 表面電荷q_elemは変更されません。

複数面を同時に横切る場合の規則と、reflect/periodic面を処理した後の残りstepの再積分は 粒子の衝突・境界イベントで説明します。

2. potential_barrier: scalar障壁で反射を判定する

potential_barrier は通過点の scalar 電位だけを使う reduced model です。

[particle_boundary]
ordinary_open_model = "potential_barrier"

[reservoir]
phi_infty = 0.0

open面の通過点電位を$\phi_b$、外向き法線速度を$v_n>0$とすると、無限遠へ進むための障壁は

$$U_b=q(\phi_\infty-\phi_b)$$

です。

$$\frac12 m v_n^2<U_b\quad\text{かつ}\quad U_b>0$$

なら法線速度を反転し、残りstepを追跡します。それ以外はescapeです。接線速度は変えません。

open 面外側の電場、turning 位置、flight time、空間電荷は保持しません。複数 open 面を同時に横切る corner は ambiguous_open_corner として停止します。

通過点電位は粒子運動と同じbatch開始時固定場で評価され、sim.e0の局所電位も含みます。 一様電場には有限な無限遠電位がないため、sim.e0 と併用する場合は reservoir.phi_infty を有効な reservoir 基準電位として整合させてください。

matching planeの外部barrier

matching_plane_quasistaticは通常のordinary_open_modelとは別に、選択したresponse backendが返す electron / ionのaccess電位と PEの最大外部barrierをz-highへ適用します。外向き粒子の判定式は同じscalar energy testですが、基準値は各固定点反復で 更新されます。PEが反射すればreturn、通過すればescapeとして別々に集約し、両者の和を実際のoutward crossingと照合します。

returnは同じz-high位置で即時に法線速度を反転する準定常近似です。outer turning位置、flight time、横方向変位は 保持しません。このmodelを使うcaseではmanualなpotential_barrierやclosed PE reflectionを重ねません。 matching-plane準定常連成に応答値と適用限界をまとめています。

閉じた光電子の return

closed PE では、負の photo_raycast species の [particles.species.boundary] で inject_face と同じ面を reflect または redistributed_reflect にし、surface_charge_closure="neutral_return" を指定します。 どちらも法線速度を反転して接線速度を維持しますが、return位置の扱いが異なります。

action	return位置
reflect	境界eventの接線位置を維持
redistributed_reflect	単一面では面内2軸をbox spanの両端guardを除く範囲から一様再配置

edge / cornerの同時eventでは、redistributed_reflectはevent maskに含まれない軸だけを再配置します。 詳細は粒子の衝突・境界イベントを参照してください。global 面を open のままにすれば、 inherit の ambient species は通常の open 契約に従います。設定と収支条件は 光電子放出にまとめています。