粒子をどこから入れるか

このページは、粒子を生成する位置と物理的な供給方法から、使う粒子源を選ぶための案内です。 領域内に粒子を置く方法は source_mode、領域外から box 境界を横切らせる方法は [particles.species.boundary_inflow] が担当します。

選び方の要点: 指定個数を置くなら volume_seed、内部の矩形面から連続供給するなら plane_source、外部 plasma reservoir から入れるなら boundary_inflow、照射面から光電子を 放出するなら photo_raycast を使います。

読了後には、粒子源を一つ選び、詳細設定を読むべき専用ページまたはリファレンスへ進めます。

生成位置から選ぶ

目的	選ぶ設定	粒子数を決める量	生成位置
初期粒子や軌道試験を指定個数で作る	source_mode="volume_seed"	npcls_per_step	pos_low と pos_high の間
box 内部の面から一方向に供給する	source_mode="plane_source"	流束 × 面積 × batch_duration	axis-aligned な矩形面
box 外の plasma から流入させる	boundary_inflow	reservoir 流束 × box 面積 × batch_duration	非周期の box 面
光が当たった表面から放出する	source_mode="photo_raycast"	電流密度、投影面積、batch_duration	ray が最初に命中した表面

source_mode と boundary_inflow は別の設定です。現行 schema で境界流入だけを使う species は、 形式上 source_mode="volume_seed" と npcls_per_step=0 も指定します。これは volume から粒子を 生成するという意味ではありません。

指定個数を置く: volume_seed

volume_seed は、各 batch に npcls_per_step 個の粒子を作ります。位置は pos_low と pos_high が 囲む直方体から、速度は設定したドリフト付き Maxwell 分布から標本化します。

物理的な面流束から個数を求める source ではありません。そのため batch_duration=0 でも実行できますが、 その batch に物理秒を割り当てることはできません。公式の 10 分チュートリアルは、この方法で batch 間の表面帯電 feedback を見せます。

内部の面から供給する: plane_source

plane_source は、box 内部の矩形面から source_normal 方向へ粒子を供給します。 pos_low と pos_high は一つの座標だけが同じ値となり、残る二方向が面積を持つようにします。

source_mode = "plane_source"
pos_low = [0.2, 0.2, 0.7]
pos_high = [0.8, 0.8, 0.7]
source_normal = [0.0, 0.0, -1.0]

粒子数は流束、矩形面積、batch_duration から決まります。この面は外部 plasma との境界ではないため、 reservoir.phi_infty を使う無限遠からの電位補正は適用しません。

外部 reservoir から入れる: boundary_inflow

boundary_inflow は、非周期の box 面全体を横切る外部 plasma 流入です。選択した面は、粒子が外向きに 到達したときの作用を別途 open にします。

[[particles.species]]
source_mode = "volume_seed"
npcls_per_step = 0
# density, temperature, charge, mass, and macro-particle weight

[particles.species.boundary_inflow]
z_high = "reservoir"

Maxwell 分布または速度 grid、面ごとの流束と端数、無限遠の plasma 電位から境界までの補正は 境界から粒子を流入させるで説明します。このモデルは box 外の軌道や 自己無撞着な外部 sheath を解きません。外部 sheath 応答そのものが必要なら matching-plane 準定常連成を検討してください。

照射面から放出する: photo_raycast

photo_raycast は box 面上の照射開口から ray を飛ばし、最初に命中した三角形から粒子を放出します。 放出元へ残す逆符号電荷、再吸収、closed photoelectron の return は 光電子の放出とライフサイクルで扱います。

生成後の追跡は共通

どの方法で生成した粒子も、同じ粒子追跡へ入ります。

結果	BEACH の処理
三角形へ吸収	命中要素の電荷差分へ加える
open 面から脱出	粒子を除去し、species 別 escape として数える
反射または周期境界を通過	同じ粒子の残り時間を追跡する
sim.max_step まで生存	未解決 survivor として数え、batch 末尾で破棄する

box 境界を出る粒子の扱いは粒子の escape と return、粒子 event の 判定順は粒子の衝突・境界 eventを参照してください。

旧 reservoir_face を読む場合

source_mode="reservoir_face" は既存ケースのための deprecated 入力です。新しい外部 plasma ケースには boundary_inflow、内部の矩形面には plane_source を使います。旧開口を box 面全体の流入へ変更すると 面積と総流入量が変わるため、BEACH は暗黙変換しません。

全 key、併用制約、MPI と checkpoint の仕様は入力パラメータに集約しています。

次に読むページ

• 形状、粒子源、境界、solver を一つのケースにまとめる: ケースを設計する
• 境界流束と phi_infty を設定する: 境界から粒子を流入させる
• 表面衝突後の電荷を扱う: 表面はどう帯電するか
• 完全な key と制約を検索する: 入力パラメータ