An asymptotically stable Particle-in-Cell (PIC) scheme for collisionless plasma simulations near quasineutrality

We propose a new Particle-in-Cell scheme for the Vlasov–Poisson equation. This scheme remains stable when the Debye length and plasma period tend to zero without any restriction on the size of the time and length step. It relies on a semi-implicit integration of the particle trajectories. The numerical integration cost is that of the standard explicit method thanks to the use of a reformulation of the Poisson equation. To cite this article: P. Degond et al., C. R. Acad. Sci. Paris, Ser. I 343 (2006).

RésuméNous proposons un nouveau schéma ‘Particle-in-cell’ pour l'équation de Vlasov–Poisson. Ce schéma reste stable même quand la longueur de Debye et la période plasma tendent vers zéro sans restriction sur la taille des mailles spatiale et temporelle. Il repose sur une méthode d'intégration semi-implicite de la trajectoire des particules. Le coût d'intégration numérique est celui d'une méthode explicite habituelle grâce à une reformulation de l'équation de Poisson. Pour citer cet article : P. Degond et al., C. R. Acad. Sci. Paris, Ser. I 343 (2006).