การสร้างแบบจำลองพลาสมาหมายถึงการแก้สมการการเคลื่อนที่ที่อธิบายสถานะของพลาสมาโดยทั่วไปจะใช้ร่วมกับสมการของแม็กซ์เวลล์สำหรับสนามแม่เหล็กไฟฟ้าหรือสมการของปัวซงสำหรับสนามไฟฟ้าสถิต แบบจำลองพลาสมามีหลายประเภทหลัก ได้แก่ แบบจำลองอนุภาคเดี่ยว แบบจำลองจลน์ แบบจำลองของไหล แบบจำลองผสมจลน์/ของไหล แบบจำลองไจโรไคเนติก และแบบจำลองระบบอนุภาคจำนวนมาก

แบบจำลองอนุภาคเดี่ยวอธิบายพลาสมาว่าเป็นอิเล็กตรอนและไอออนแต่ละตัวที่เคลื่อนที่ในสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่ถูกกำหนด (แทนที่จะเป็นแบบสอดคล้องกันเอง) ดังนั้นการเคลื่อนที่ของแต่ละอนุภาคจึงถูกอธิบายโดยกฎแรงลอเรนซ์ในหลายกรณีที่มีความสำคัญในทางปฏิบัติ การเคลื่อนที่นี้สามารถพิจารณาได้ว่าเป็นผลรวมของการเคลื่อนที่แบบวงกลมที่ค่อนข้างเร็วรอบจุดที่เรียกว่าศูนย์กลางนำทางและการเคลื่อนที่แบบดริฟต์ที่ค่อนข้างช้าของจุดนี้

แบบจำลองจลนศาสตร์เป็นวิธีการพื้นฐานที่สุดในการอธิบายพลาสมา ส่งผลให้ได้ฟังก์ชันการกระจายตัว

${\displaystyle f({\vec {x}},{\vec {v}},t)}$

โดยที่ตัวแปรอิสระและคือตำแหน่งและความเร็วตามลำดับ คำอธิบายเชิงจลนศาสตร์ทำได้โดยการแก้สมการโบลต์ซมันน์ หรือเมื่อ จำเป็นต้อง มีคำอธิบายที่ถูกต้องของ ปฏิสัมพันธ์คูลอมบ์ระยะไกล ก็ใช้สม การวลาซอฟซึ่งประกอบด้วยสนามแม่เหล็กไฟฟ้ารวมที่สอดคล้องกัน หรือสมการฟอกเกอร์-พลังค์ซึ่งมีการใช้การประมาณค่าเพื่อหาพจน์การชนที่จัดการได้ ประจุและกระแสที่เกิดจากฟังก์ชันการกระจายจะกำหนดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างสอดคล้องกันผ่านสมการของแม็กซ์เวลล์ ${\displaystyle {\vec {x}}}$${\displaystyle {\vec {v}}}$

เพื่อลดความซับซ้อนในการอธิบายจลนศาสตร์ แบบจำลองของไหลจะอธิบายพลาสมาโดยอาศัยปริมาณระดับมหภาค (โมเมนต์ความเร็วของการกระจายตัว เช่น ความหนาแน่น ความเร็วเฉลี่ย และพลังงานเฉลี่ย) สมการสำหรับปริมาณระดับมหภาค ซึ่งเรียกว่าสมการของไหล ได้มาจากการใช้โมเมนต์ความเร็วของสมการโบลต์ซมันน์หรือสมการวลาซอฟ สมการของไหลจะไม่สมบูรณ์หากปราศจากการกำหนดค่าสัมประสิทธิ์การขนส่ง เช่น ความคล่องตัวค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ ความถี่การชนเฉลี่ย และอื่นๆ ในการกำหนดค่าสัมประสิทธิ์การขนส่ง จำเป็นต้องสมมติ/เลือกฟังก์ชันการกระจายความเร็ว แต่การสมมตินี้อาจนำไปสู่ความล้มเหลวในการจับภาพฟิสิกส์บางอย่าง

แม้ว่าแบบจำลองจลนพลศาสตร์จะอธิบายฟิสิกส์ได้อย่างแม่นยำ แต่ก็มีความซับซ้อนมากกว่า (และในกรณีของการจำลองเชิงตัวเลข จะใช้การคำนวณมากกว่า) แบบจำลองของไหล แบบจำลองไฮบริดเป็นการผสมผสานระหว่างแบบจำลองของไหลและแบบจำลองจลนพลศาสตร์ โดยถือว่าส่วนประกอบบางส่วนของระบบเป็นของไหล และส่วนอื่นๆ เป็นจลนพลศาสตร์ แบบจำลองไฮบริดบางครั้งถูกนำไปใช้ในฟิสิกส์อวกาศเมื่อโดเมนการจำลองมีขนาดใหญ่เกินกว่า รัศมี ไจโรของไอออน หลายพันเท่า ทำให้ไม่สามารถแก้สมการจลนพลศาสตร์สำหรับอิเล็กตรอนได้ ในแนวทางนี้ สมการของไหลแม่เหล็ก ไฮโดรไดนามิกจะอธิบายอิเล็กตรอน ในขณะที่สมการจลนพลศาสตร์ของ Vlasovจะอธิบายไอออน ^{[ 1 ] [ 2 ]}

ในแบบจำลองไจโรไคเนติกซึ่งเหมาะสมกับระบบที่มีสนามแม่เหล็กพื้นหลังแรงสูง สมการจลนศาสตร์จะถูกหาค่าเฉลี่ยเหนือการเคลื่อนที่แบบวงกลมอย่างรวดเร็วของรัศมีไจโรแบบจำลองนี้ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในการจำลอง ความไม่เสถียรของพลาสมา ในโทคาแมก (ตัวอย่างเช่น รหัส GYROและGyrokinetic ElectroMagnetic ) และเมื่อไม่นานมานี้ก็ถูกนำมาใช้ในงานด้านฟิสิกส์ดาราศาสตร์ด้วย

วิธีการควอนตัมยังไม่แพร่หลายมากนักในการสร้างแบบจำลองพลาสมา สามารถใช้เพื่อแก้ปัญหาการสร้างแบบจำลองเฉพาะ เช่น สถานการณ์ที่วิธีการอื่นใช้ไม่ได้^{[ 3 ]} เกี่ยวข้องกับการประยุกต์ใช้ทฤษฎีสนามควอนตัมกับพลาสมา ในกรณีเหล่านี้ สนามไฟฟ้าและ สนาม แม่เหล็กที่เกิดจากอนุภาคจะถูกสร้างแบบจำลองเป็นสนามเครือข่ายของแรง อนุภาคที่เคลื่อนที่หรือถูกกำจัดออกจากประชากรจะผลักและดึงเครือข่ายของแรงนี้ ซึ่งก็คือสนามนี้ การประมวลผลทางคณิตศาสตร์สำหรับสิ่งนี้เกี่ยวข้องกับคณิตศาสตร์ ลากรางจ์

การสร้างแบบจำลองการชนและการแผ่รังสีใช้ในการคำนวณความหนาแน่นของสถานะควอนตัมและคุณสมบัติการปล่อย/การดูดกลืนของพลาสมา ฟิสิกส์การแผ่รังสีของพลาสมานี้มีความสำคัญต่อการวินิจฉัยและการจำลองพลาสมาทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์และนิวเคลียร์ฟิวชัน^{[ 4 ]}เป็นหนึ่งในแนวทางทั่วไปที่สุด^{[ 5 ]}และอยู่ระหว่างจุดสุดขั้วของสมดุลความร้อนเฉพาะที่และภาพโคโรนา ในสมดุลความร้อนเฉพาะที่ ประชากรของสถานะกระตุ้นจะกระจายตามการกระจายแบบโบลต์ซมันน์ อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้เป็นจริงก็ต่อเมื่อความหนาแน่นสูงพอที่อะตอมไฮโดรเจนที่ถูกกระตุ้นจะเกิดการชนกันหลายครั้งจนพลังงานกระจายออกไปก่อนที่กระบวนการแผ่รังสีจะเริ่มต้นขึ้น ในภาพโคโรนา ช่วงเวลาของกระบวนการแผ่รังสีมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับการชนกันเนื่องจากความหนาแน่นมีขนาดเล็กมาก^{[ 6 ]}การใช้คำว่าสมดุลโคโรนามีความกำกวมและอาจหมายถึงสมดุลการแตกตัวเป็นไอออนที่ไม่ใช่การขนส่งของการรวมตัวและการแตกตัวเป็นไอออนด้วย สิ่งเดียวที่พวกเขามีเหมือนกันคือสมดุลโคโรนาไม่เพียงพอสำหรับพลาสมาโทคาแมค^{[ 7 ]}

• ควอนเทมอล-วีที
• วิซโกลว์
• วิซสปาร์ค
• ซีเอฟดี-เอซี+
• คอมซอล
• แอลเอสพี
• เวทมนตร์
• ปลาดาว
• ยูซิม
• VSim
• สตาร์-ซีซีเอ็ม+

• รายชื่อซอฟต์แวร์ฟิสิกส์พลาสมา
• อนุภาคในเซลล์