A novel new kinetic simulation model has been developed to investigate dynamics in collisionless plasmas. In this model, the electrons are treated as gyrokinetic (GK) particles and ions are treated as fully kinetic (FK) particles. In the GK-electron and FK-ion (GKe/FKi) plasma simulation model, the rapid electron cyclotron motion is removed, while keeping finite electron Larmor radii, realistic electron-to-ion mass ratio, wave–particle interactions, and off-diagonal components of the electron pressure tensor. The model is particularly suitable for plasma dynamics with wave frequencies lower than the electron gyrofrequency, and for problems in which the wave modes ranging from Alfvén waves to lower-hybrid/whistler waves need to be handled on an equal footing. Using this model, the computation power can be significantly improved over that of the existing full-particle codes. The GKe/FKi model, furthermore, can also handle physics with realistic electron-to-ion mass ratio and dynamic processes on the global Alfvén time/spatial scales. With respect to the hybrid (i.e. FK ion and fluid electron) model, the GKe/FKi model has the advantage that important electron kinetic physics, such as wave–particle resonances and finite electron Larmor radius effects, are included. The simulation model has been successfully benchmarked for linear waves in uniform plasmas against analytic dispersion relation.
新しい運動論的シミュレーションモデルが、無衝突プラズマ中の動力学を調べるために開発された。このモデルでは、電子はジャイロ運動論的（GK）粒子として扱われ、イオンは完全運動論的（FK）粒子として扱われる。GK電子・FKイオン（GKe/FKi）プラズマシミュレーションモデルでは、高速の電子サイクロトロン運動が除去される一方で、有限の電子ラーモア半径、現実的な電子-イオン質量比、波-粒子相互作用、および電子圧力テンソルの非対角成分が保持される。このモデルは、電子ジャイロ周波数より低い周波数のプラズマ動力学、およびアルフヴェン波から下部混成/ホイッスラー波に至る波動モードを同等に扱う必要がある問題に特に適している。このモデルを用いることで、既存の完全運動論的コードと比較して計算能力を大幅に向上させることができる。さらに、GKe/FKiモデルは、現実的な電子-イオン質量比と、大域的アルフヴェン時間・空間スケールでの動的過程も扱うことができる。ハイブリッドモデル（すなわち、FKイオンと流体電子）と比較して、GKe/FKiモデルは、波-粒子共鳴や有限電子ラーモア半径効果などの重要な電子運動論的物理を含むという利点を有する。このシミュレーションモデルは、一様プラズマ中の線形波動に対して、解析的分散関係を用いて首尾よく検証された。