Non-neutral plasmas can excite many nonlinear plasma phenomena, including collisionless shocks, sheath layers, solitons, and plasma plumes. It is a fundamental issue in fields such as astrophysics, space physics, nuclear fusion, and plasma propulsion. Hybrid particle-in-cell (HPIC) methods are commonly used techniques for simulating non-neutral plasmas. However, the numerical methods for solving HPIC models of non-neutral plasma have some shortcomings. Here, a non-iterative convolutional method for solving the non-neutral HPIC model is proposed to address this problem. This method replaces Poisson’s equation in the non-neutral HPIC model with a convolutional equation.
非中性プラズマは、無衝突衝撃波、シース層、ソリトン、プラズマプルームなど、多くの非線形プラズマ現象を励起することができる。これは、天体物理学、宇宙空間物理学、核融合、プラズマ推進などの分野における根本的な問題である。ハイブリッド粒子インセル（HPIC）法は、非中性プラズマのシミュレーションに一般的に用いられる手法である。しかし、非中性プラズマのHPICモデルを解くための数値手法にはいくつかの欠点がある。本稿では、この問題に対処するために、非中性HPICモデルを解くための非反復畳み込み法を提案する。この方法は、非中性HPICモデルにおけるポアソン方程式を畳み込み方程式に置き換えるものである。