阈值附近镜不稳定性的非线性理论

Transverse instability magnetic field thresholds of electron phase-space holes

A detailed comparison is presented of analytical and particle-in-cell (PIC) simulation investigation of the transverse instability, in two dimensions, of initially one-dimensional electron phase-space hole equilibria. Good quantitative agreement is found between the shift-mode analysis and the simulations for the magnetic field ($B$) threshold at which the instability becomes overstable (time-oscillatory) and for the real and imaginary parts of the frequency. The simulation $B$-threshold for full stabilization exceeds the predictions of shift-mode analysis by 20 to 30\%, because the mode becom…

Kinetic whistler instability in a mirror-confined plasma of a continuous ECR ion source

Kinetic instabilities in a dense plasma of a continuous ECR discharge in a mirror magnetic trap at the GISMO setup are studied. We experimentally define unstable regimes and corresponding plasma parameters, where the excitation of electromagnetic emission is observed, accompanied by the precipitation of energetic electrons from the magnetic trap. Comprehensive experimental study of the precipitating electron energy distribution and plasma electromagnetic emission spectra, together with theoretical estimates of the cyclotron instability increment proves that under the experimental conditions th…

太阳风中水龙带和镜不稳定性黑洞的多物种测量

Multi-Species Measurements of the Firehose and Mirror Instability Thresholds in the Solar Wind

水龙带和镜像不稳定性被认为出现在各种空间和天体物理等离子体中，限制了粒子种类之间的压力各向异性和漂移。血浆稳定性同时取决于所有物质，这意味着需要进行综合分析。在这里，我们提出了第一个这样的分析，在太阳风，使用长波长的稳定性参数相结合的各向异性和漂移的所有主要物种（核心和束质子，阿尔法，和电子）。在阈值处，发现水龙带参数由质子（67%）主导，但也有来自电子（18%）和阿尔法（15%）的显著贡献。漂移也被发现是重要的，在质子束的存在下贡献57%。镜子也有类似的情况，质子、电子和阿尔法粒子的贡献分别为61%、28%和11%。然而，发现平行电场贡献很小，为9%。总的来说，长波长阈值很好地限制了数据（<1%不稳定），并讨论了这一点的影响。

Triggering tearing in a forming current sheet with the mirror instability

We study the time-dependent formation and evolution of a current sheet (CS) in a magnetized, collisionless, high-beta plasma using hybrid-kinetic particle-in-cell simulations. An initially tearing-stable Harris sheet is frozen into a persistently driven incompressible flow so that its characteristic thickness gradually decreases in time. As the CS thins, the strength of the reconnecting field increases, and adiabatic invariance in the inflowing fluid elements produces a field-biased pressure anisotropy with excess perpendicular pressure. At large plasma beta, this anisotropy excites the mirror…

晃动离子简单磁镜三维模拟中的漂移回旋损失锥不稳定性

Drift-cyclotron loss-cone instability in 3D simulations of a sloshing-ion simple mirror

本文通过三维混合模拟研究WHAM类简单磁镜中晃动束流离子驱动的漂移回旋损失锥不稳定性，揭示其饱和机制及冷离子对束流约束的显著改善作用。

ITER镜面材料的Laser损伤阈值和不锈钢镜面原位laser清洗的初步结果

Laser damage thresholds of ITER mirror materials and first results on in situ laser cleaning of stainless steel mirrors

一个激光烧蚀系统已建成，并用于确定不锈钢，铑和单，多和纳米晶钼在真空中的损伤阈值，在220和1064 nm之间的波长，使用5 ns的脉冲数。所有材料的损伤阈值随波长的减小而增加，低于400 nm。在氮气氛中的试验表明，损伤阈值降低了2至3倍。采用磁控溅射法在不锈钢表面制备Al/W/C/D混合涂层，并在真空中对涂层进行了清洗试验。原位XPS分析在清洗过程中，以及非原位反射率测量表明，几乎完全去除涂层和反射率的大幅恢复。第一个结果还表明，通过在532 nm处清洁获得的反射率可以通过额外暴露于UV光（在这种情况下为230 nm）而进一步增加，这是归因于从表面去除钨粉尘的效果。

旋转镜中的损失锥稳定化：阈值与热力学

Loss-Cone Stabilization in Rotating Mirrors: Thresholds and Thermodynamics

本文研究旋转镜中损失锥模式的稳定化条件，计算所需旋转速度，并提出修正的Gardner自由能表述以处理波矢正交或近正交磁场及相空间损失区域的情况。

托卡马克ECRH实验中的低阈值参量衰减后向散射不稳定性

Low Threshold Parametric Decay Back Scattering Instability in Tokamak ECRH Experiments

分析了在环形器件ECRH实验中，使背散射衰减不稳定性阈值大幅度降低的实验条件。结果表明，磁岛附近等离子体密度的非单调性和极向磁场的不均匀性使离子Bernstein衰变波的局域化成为可能，从而使阈值急剧降低。计算了相应的离子伯恩斯坦波增益和参量衰减不稳定性泵浦功率阈值。

空间等离子体中的非线性镜模

Nonlinear Mirror Modes in Space Plasmas

自从考夫曼等人的第一次观察以来，（1970），特别注意了在太阳风和行星磁鞘区域中观测到的磁孔或磁峰形式的静压平衡结构，在这些区域中，$β$参数相对较大，离子垂直温度超过平行温度。虽然有其他的解释，但这些结构通常被认为与1957年由Vedenov和Sagdeev发现的镜像不稳定性有关。在回顾了卫星任务提供的观测结果之后，讨论了弗拉索夫-麦克斯韦方程组的高分辨率数值模拟以及不稳定阈值附近的非线性动力学的渐近和唯象模型。与占主导地位的垂直离子加热观察到的太阳风的温度各向异性的反射镜不稳定性的约束效果的报道，最近的模拟这种现象的基础上详细的流体模型，包括低频动力学效应的简要提及。

Low-threshold induced side-scattering instability in the edge transport barrier at O-mode ECRH experiments in magnetic fusion devices

The lower hybrid wave trapping in a tokamak edge transport barrier is predicted. This effect makes possible excitation of the low-power-threshold absolute parametric decay instability leading to side-scattering of the ordinary microwave pump in the electron cyclotron resonance heating experiments. The instability can result in broadening of the power deposition profile both in present day machines and in ITER.

球形托卡马克中伴随电子伯恩斯坦波加热的参量衰变不稳定性阈值

Threshold of parametric decay instability accompanying electron Bernstein wave heating in spherical tokamaks

在球形托卡马克非均匀等离子体条件下，考虑了上混杂波衰减为后向散射上混杂波和下混杂波的参数不稳定性。证明了绝对不稳定的可能性，并确定了相应的阈值。结果表明，阈值功率随抽运频率和电子温度的增加而增加。对MAST装置典型实验参数的阈值功率进行了估算。结果表明，在这种情况下，参数反射出现，如果探测功率超过90 W/cm ^2，这给出了30 kW的10厘米半径的光束。

太阳风质子温度各向异性不稳定性阈值附近的磁涨落功率

Magnetic fluctuation power near proton temperature anisotropy instability thresholds in the solar wind

众所周知，太阳风中的质子温度各向异性受到压力各向异性驱动的不稳定性的理论阈值的约束。在这里，我们使用约100万独立测量的陀螺仪磁波动的太阳风，以显示这些波动沿温度各向异性阈值的镜子，质子倾斜消防水龙带，离子回旋不稳定性的第一次。此外，测得的磁压缩性增强在高等离子体β（$β_\parallel \gtrsim 1$）沿镜不稳定性阈值，但小的其他地方，与预期的镜模式。在这个频率范围内的功率（“耗散”）通常被认为是由太阳风湍流级联驱动的，根据目前的结果，这种解释应该是合格的。特别是，我们表明，短波长的磁波动功率是一个很强的函数的碰撞性，放松的温度各向异性远离不稳定性条件，并相应地减少波动功率。

集体受激布里渊散射

Collective stimulated Brillouin backscatter

建立了激光聚变等离子体中时空部分非相干激光束受激布里渊后向散射（BSBS）不稳定性的统计理论。在长尺度激光聚变等离子体中，我们发现了一种新的背散射受激布里渊散射机制，其阈值比相干光的经典阈值大得多。不稳定性是集体的，因为它不依赖于激光强度的孤立散斑的动力学，而是依赖于平均光束强度。我们确定对流和绝对不稳定制度。在非相干阈值以上，相干不稳定性增长率得到恢复。对流不稳定性的阈值内的典型参数区域的国家点火装置（NIF）的设计，虽然目前的NIF带宽是不够大，以确保集体不稳定的主导地位，并建议较低的不稳定性阈值，由于斑点的贡献。相比之下，我们估计KrF激光为基础的融合系统的带宽将足够大。

摩擦引起的动量守恒在碰撞漂移波不稳定性中的作用

Note on the role of friction-induced momentum conservation in the collisional drift wave instability

碰撞漂移波的不稳定性重新考虑到离子响应的方向平行于磁场线，这是由于与电子的摩擦，并不能忽略鉴于动量守恒。得到了一个修正的不稳定性阈值。在等离子体中的主要电子与中性粒子碰撞，不稳定性阈值移向更高的频率相比，占主导地位的电子与离子碰撞的情况下。当离子声响应可忽略时，两种情况之间的差异消失，即，当不稳定性阈值消失时，离子和中性粒子以相同的方式对电子摩擦作出反应。

环形器件ECRH实验中的低阈值参量衰减不稳定性

Low Threshold Parametric Decay Instabilities in ECRH experiments at toroidal devices

分析了在环形器件ECRH实验中，使背散射衰减不稳定性阈值大幅度降低的实验条件。结果表明，阈值的急剧下降是由等离子体密度的非单调行为，这是经常观察到的，由于所谓的密度泵出效应或存在的磁岛，并通过极向磁场不均匀性，使可能的本地化的离子伯恩斯坦衰变波。计算了相应的离子伯恩斯坦波增益和参量衰减不稳定性泵浦功率阈值。讨论了易后向散射衰变不稳定性激发的可能实验结果。

在WHAM上首次实现基于AXUV的分析和宏观不稳定性诊断

First implementation of AXUV-based analysis and macro-instability diagnostics on WHAM

本文首次在WHAM磁镜中利用AXUV阵列实现对宏观不稳定性的时间分辨诊断，通过统计矩和协方差分析提出宏观不稳定性参数χ(t)，并展示其在等离子体约束过渡中的应用。

各向异性等离子体中的亚临界镜结构

Subcritical mirror structures in an anisotropic plasma

基于Grad-Shafranov方程组，证明了在静态区域中压力仅为局部磁场振幅的函数的回旋等离子体服从变分原理，自由能量密度由平行张力给出.用这种方法证明了在镜不稳定性阈值以下构造的小振幅静态空穴与KPII方程的块孤子相一致，并且是不稳定的。它还表明，正则化的影响，如有限的拉莫尔半径修正不能忽略在大振幅镜结构的描述。

压力各向异性等离子体中的稳态镜结构

Steady mirror structures in a plasma with pressure anisotropy

在第一部分中，我们提出了一个回顾我们的结果有关的弱非线性制度的镜像不稳定性的框架下的渐近模型。该模型属于梯度型系统，其自由能只能随时间减少。它揭示了一个典型的亚临界分岔行为：低于镜像不稳定性阈值，所有的本地化的静态结构是不稳定的，而阈值以上，系统显示爆破行为。结果表明，考虑到电子（非零温度）不会改变渐近模型的结构。对于电子和离子的双麦克斯韦分布函数，该模型预测了磁洞的形成。第二部分包含了关于二维稳定的镜面结构，可以形成在饱和制度的原始结果。基于Grad-Shafranov方程组，证明了回旋等离子体服从变分原理，其自由能量密度由平行张力给出，其中静态区域的压力仅为局部磁场振幅的函数.这种方法被用来证明，小振幅静态孔构造略低于镜不稳定性阈值识别KPII方程的块孤子，并变成不稳定的。它还表明，正则化的影响，如有限的拉莫尔半径修正不能忽略在大振幅镜结构的描述。利用基于各向异性磁流体变分原理并考虑离子有限Larmor半径效应的梯度法，我们发现当横向于平面的磁场分量增加时，磁流体既有一维条纹状磁结构，也有二维气泡状磁结构。这些结构实现了自由能的最小化。

星系团中由镜像模驱动的次级哨声和离子回旋不稳定性

Secondary Whistler and Ion-cyclotron Instabilities driven by Mirror Modes in Galaxy Clusters

本文利用全动力学PIC模拟研究星系团内介质中镜像不稳定性非线性阶段，发现高β条件下低磁场区会伴随激发哨声波与离子回旋波，并调控离子压力各向异性。

在高β太阳风中一种双折射的Alfvénic离子束不稳定性

A Parallel-Propagating Alfvénic Ion-Beam Instability in the High-Beta Solar Wind

我们研究了平行传播的阿尔文/离子回旋波被各向同性（$T_{\perp α} = T_{\parallelα}$）的α粒子群以相对于质子的平均速度$T_{\perp α} = T_{\parallelα}$平行于磁场漂移而不稳定的条件。我们推导出一个近似的解析条件$U_α$需要激发这种不稳定性的最小值，并使用热等离子体色散关系的数值解来完善这一结果。当α粒子数密度是质子数密度的$\simeq 5%$，并且两种物质具有相似的热速度时，不稳定性需要$β_{\rm p} \gtrsim 1$，其中$β_{\rm p}$是质子压力与磁压力的比值。对于$1\lesssim β_{\mathrm p}\lesssim 12$，激发这种不稳定性所需的最小$U_α$范围为$0.7v_{\mathrm A}$至$0.9v_{\mathrm A}$，其中$v_{\mathrm A}$为阿尔文速度。该阈值小于平行磁声不稳定性的$\simeq 1.2v_{\mathrm A}$阈值，而平行磁声不稳定性先前被认为在$β_{\mathrm p}\gtrsim 0.5$处具有α粒子束不稳定性的最低阈值。我们讨论了平行Alfvénic漂移不稳定性的α粒子漂移速度在太阳风的演变的作用。我们还分析了从\emph{Wind}航天器的法拉第杯的测量结果，并表明，$U_α$值与$T_{\perp α}\approx T_{\…

渗透等离子体中离子声模的动力学不稳定性

Kinetic instability of ion acoustic mode in permeating plasmas

在具有相对于静态离子的电子漂移（电流）的等离子体中，如果定向电子速度超过离子声速，则离子声波受到动力学不稳定性的影响。在一个准中性电子-离子等离子体通过另一个静态准中性（靶）等离子体传播的情况下，不稳定性阈值变得不同。传播等离子体的阈值速度可以远低于静态等离子体的离子声速。这种无电流的不稳定性在空间和天体物理等离子体中可能经常出现。

Onset of magnetic reconnection in a collisionless, high-beta plasma

In a magnetized, collisionless plasma, the magnetic moment of the constituent particles is an adiabatic invariant. An increase in the magnetic-field strength in such a plasma thus leads to an increase in the thermal pressure perpendicular to the field lines. Above a $β$-dependent threshold (where $β$ is the ratio of thermal to magnetic pressure), this pressure anisotropy drives the mirror instability, producing strong distortions in the field lines on ion-Larmor scales. The impact of this instability on magnetic reconnection is investigated using a simple analytical model for the formation of …

离子束作用下斜等离子体模的色散关系和不稳定性

The Dispersion Relations and Instability Thresholds of Oblique Plasma Modes in the Presence of an Ion Beam

如果离子束的速度足够大，离子束可以使阿尔文/离子回旋波和磁声波/哨声波不稳定。热等离子体色散关系的数值解先前已经表明，激发这种不稳定性所需的最小束速度对于具有$\vec k \times \vec B_0\neq 0$的斜模式比对于具有$\vec k \times \vec B_0 = 0$的平行传播模式明显更小，其中$\vec k$是波矢量，$\vec B_0$是背景磁场。在本文中，我们解释这种差异的准线性理论的框架内，专注于低$β$等离子体。我们首先推导，在冷等离子体近似下，在存在离子束的情况下，倾斜和平行传播波的色散关系和偏振特性。然后，我们展示了如何可以推导出不同的波分支的不稳定阈值的波-粒子共振条件，在波帧中的粒子能量的守恒，波能量的符号（正或负），和波的偏振。我们还提供了一个图形描述的不同条件下，朗道共振和回旋共振不稳定的阿尔文/离子回旋波的存在下的离子束。我们利用我们的研究结果来讨论可能限制太阳风中α粒子差分流的不稳定性类型。

朗缪尔波自聚焦与衰变不稳定性

Langmuir wave self-focusing versus decay instability

在有限振幅的朗缪尔波（LW）中，电子俘获导致频率偏移Δ ω TP < 0，朗道阻尼减小。这可能导致调制不稳定。在短波长范围内首次计算了它的生长速率和由于俘获电子以速率ν逃逸而引起的阻尼阈值。当背景等离子体处于热平衡时，当k λ D > 0.46时，不可能存在这种俘获粒子调制不稳定性（TPMI），而当0.33 < k λ D < 0.46时，TPMI要求涨落波矢有一个垂直于k的分量，即LW波矢，λ D为电子的德拜长度.它的非线性演化导致自聚焦。与重新评估的LW离子声衰减不稳定性（LDI）进行了比较：与经典估计相比，新的LDI阈值降低了主LW Δω TP，因为频率匹配导致子LW的波数和阻尼减小。对于与最近的受激拉曼散射实验相关的参数估计（Kline等人，提交给PRL），LDI和TPMI阈值在0.28 < k λ_D < 0.34的范围内交叉，与观察到的LDI状态变化一致。然而，如果ν超过一个临界值，估计为电子等离子体频率的1%，那么TPMI在任何波数下都是不可能的。