Experimental observation of strong coupling effects on the dispersion of dust acoustic waves in a plasma
实验研究了高岭土和$MnO_2$尘埃颗粒混合物在氩等离子体中的低频尘埃声波在强耦合区的色散特性。中性压力在一个很宽的范围内变化，以改变尘埃等离子体的碰撞性质。在低碰撞制度的营业额的色散曲线在较高的波数和由此产生的区域的$\partialω/\partial k < 0$被确定为签名的尘埃尘埃相关性。在高碰撞制度尘埃中性碰撞产生类似的效果，并防止明确识别强耦合效应。
2016-04-15 physics.plasm-ph
Damped dust-ion-acoustic solitons in collisional magnetized nonthermal plasmas
研究了一个多粒子磁化碰撞非热等离子体系统中的耗散尘埃-离子-声（DIA）孤子模\textbf{theoretically and parametrically}的特性。该系统中包含惯性离子、服从非热$κ-$分布的非惯性电子和不动尘埃粒子。静电孤波模与低频耗散尘埃离子声孤波（DIASW）有关。考虑了离子与中性粒子的碰撞效应，研究了离子与中性粒子碰撞效应对耗散型DIASW动力学的影响。空间和实验室中的等离子体介质大多远离热平衡，粒子分布更符合$κ-$非热分布，而非热麦克斯韦分布。采用约化摄动方法导出阻尼KdV（dKdV）方程，并利用切双曲方法导出dKdV方程的孤波解，分析其基本特征（振幅、宽度、速度、时间演化等）.分散的潜水员的传播性质，也耗散DIASW的基本特征被认为是影响显着由于等离子体配置参数的变化，也由于在所考虑的等离子体系统中的超热指数$κ$的变化。这项研究的结果的含义可能是有用的，更好地了解静电本地化的扰动，在离子长度和时间尺度，在空间和实验尘埃等离子体，其中存在的过量高能电子和离子中性碰撞阻尼是负责。
2021-07-23 physics.plasm-ph
Electron-drift driven ion-acoustic mode in a dusty plasma with collisional effects
本文研究了尘埃等离子体中离子声波的不稳定性。在理论适用的情况下，这些制度都有明确的规定。预测了驱动不稳定性所需的临界电子漂移速度。它还表明，电子热导率和带电的晶粒浓度增强的离子声学模式的增长，而离子粘度，离子热导率，和灰尘电荷波动有稳定的效果。
2000-03-12 physics.plasm-ph physics.space-ph
Drift wave turbulence in the presence of a dust density gradient
我们提出了在不动尘埃粒子的存在下，由磁化电子和离子组成的非均匀碰撞等离子体中静电漂移波的湍流特性。为此，我们推导出一对非线性准二维方程，表现出广义离子涡和密度涨落与碰撞漂移波之间的耦合。数值研究了尘埃密度梯度对初始漂移不稳定性和充分发展湍流的影响。
2011-09-23 physics.plasm-ph
Interplay of single particle and collective response in molecular dynamics simulation of dusty plasma system
等离子体介质的集体响应是众所周知的，并且已经在几种情况下进行了广泛的探索。单粒子响应通常被视为碰撞相互作用，导致耗散效应。本文采用强耦合的二维分子动力学（MD）方法，模拟了尘埃颗粒间存在汤川相互作用的尘埃等离子体。它已被证明，通过引入高电荷粒子在晶体中引起的扰动引起集体和单粒子的响应。单粒子碰撞相互作用通常产生高能的少数粒子，其以超过声学速度和冲击速度（其由插入介质中的外部移动体激发）的速度移动。尘埃晶体被观察到沿着这些高能粒子的路径破裂和变形。最终，当它们慢下来时，它们会在媒介中激发集体反应。因此，可以观察到，激波前面的介质受到碰撞相互作用产生的高能粒子的扰动。然后尾激波看到一个扰动的介质。因此，很明显，在控制动力学的介质中，单个粒子和集体反应之间存在着有趣的相互作用。
2018-02-11 physics.plasm-ph
Modeling Agglomeration of Dust Particles in Plasma
浸没在等离子体环境中的聚集体上的电荷将其自身分布在聚集体的表面上;这可以通过假设多极分布在理论上近似。分形聚集体之间的偶极-偶极（或更高阶）电荷相互作用导致颗粒在相互作用时发生旋转。粉尘颗粒的其他性质也会影响团聚过程，例如单体形状（球形或椭圆形）或磁性材料的存在。最后，等离子体和颗粒性质也决定了所得聚集体的形态。多孔和蓬松的聚集体更强地耦合到气体，导致降低的碰撞速度和更大的碰撞截面。这些因素反过来又可以决定聚集体的增长速度和尘埃云的演变。本文给出了一个概述的数值和实验方法用于研究粉尘团聚在CASPER和突出的一些最新成果。
2011-10-31 physics.plasm-ph
Collisional charging of dust particles by suprathermal plasmas. II -- Regularized Kappa distributions
本文研究正则化Kappa分布下极端超热等离子体对尘埃颗粒碰撞充电的影响，分析两种模型并验证正平衡电荷条件。
2025-02-10 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Resonant instabilities mediated by drag and electrostatic interactions in laboratory and astrophysical dusty plasmas
本文将共振阻力不稳定性中的缺陷特征值共振机制推广为共振不稳定性框架，揭示双流、丝状电离与声学RDI的物理共性及其实验室研究价值。
2023-07-20 astro-ph.GA physics.plasm-ph
Current-Driven Dust Ion-Cyclotron Waves in Presence of a Transverse DC Electric Fields in Magnetized Plasma with Charge Fluctuations
研究了在横向直流电场存在下，碰撞磁化尘埃等离子体中电流驱动的静电离子回旋（EIC）不稳定性。利用弗拉索夫方程自洽地导出了相应的充电方程。
2004-10-19 physics.plasm-ph
Full orbit simulations of collisional impurity transport in spherical tokamak plasmas with strongly-sheared electric fields
利用试验粒子全轨道模拟程序，研究了强剪切径向电场作用下球形托卡马克等离子体中试验杂质离子的碰撞动力学。剪切的强度使得标准的漂移顺序不再能够被假定，并且需要全轨道方法。径向电场剪切对新古典粒子输运的影响是量化的测试粒子的质量和电荷数和电场参数的范围。它示出的剪切电场的效果是提高约束的杂质物种以上的水平观察到的情况下，这样的字段。这种效应可以用碰撞拖曳力漂移来解释，它与粒子电荷数成正比，但与粒子质量无关。这种漂移作用向内的负径向电场和向外的正字段，这意味着强烈增强的约束的高度电离的杂质离子在一个负的径向电场的存在。
2011-06-10 physics.plasm-ph
Dust in the Wind with Resonant Drag Instabilities: I. The Dynamics of Dust-Driven Outflows in GMCs and HII Regions
辐射尘埃驱动的外流，其中尘埃颗粒上的辐射压力加速气体，发生在许多天体物理环境中。几乎所有以前对这些系统的数值研究都假设尘埃与气体是完全耦合的。然而，它最近已被证明，在这些系统中的灰尘是不稳定的一大类共振阻力不稳定性（RDIs），解耦的灰尘和气体动力学，并可以定性地改变这些流出的非线性结果。我们提出的第一个模拟辐射尘埃驱动的外流分层，不均匀的介质，包括明确的晶粒动力学和现实的光谱的晶粒尺寸和电荷，磁场和洛伦兹力的晶粒（显着提高RDI），库仑和爱泼斯坦阻力，并明确的辐射输运允许不同的晶粒吸收和散射特性。在本文中，我们考虑类似于巨大的分子云（GMCs），HII地区，和分布式星爆，光学深度是适度的，单散射效应占主导地位的辐射尘埃耦合，洛伦兹力占主导地位的阻力颗粒，和增长最快的RDI是相似的，如磁声和快速陀螺RDI。这些RDIs一般产生强大的大小依赖的灰尘集群，增长的时间尺度上的非线性，远远短于流出的特征时间。不稳定性产生的星云和羽状或“马头”星云的形态，是非常相似的观测到的尘埃结构在GMC和HII地区。此外，在某些情况下，它们强烈地改变相对于灯丝的磁场结构和拓扑。尽管驱动强大的微尺度灰尘结块留下一些气体，但有序单位分数的气体总是有效地被灰尘夹带。
2022-11-09 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
On non-linear excitation of voids in dusty plasmas
空隙是等离子体中尘埃云内部的无尘区域，是尘埃颗粒上的静电力和离子拖曳力平衡的结果。离子拖曳力有许多形式，其中一些是基于模型，而另一些是从第一原理驱动。为了解释空隙的产生，Avinash等人。[K. Avinash，A. Bhattacharjee和S. Hu，AIP.CP649，III ICPDP，（2002）p121]提出了一个时间相关的非线性模型，该模型描述了不稳定性导致的空隙。我们增加了这个模型，将晶粒漂移和取代离子拖曳力的Khrapak等人，呈球形结构。已经揭示，空隙形成是阈值现象，即，这取决于颗粒大小。此外，空隙具有尖锐的边界，超过该边界灰尘密度下降，并且可以呈现波纹状外观。对于更高的晶粒尺寸值，使用两种离子拖曳力导致相同尺寸的空隙，尽管对于小尺寸的晶粒，Avinash力驱动更高尺寸的空隙。
2006-10-29 physics.plasm-ph physics.space-ph
Ionisation in atmospheres of Brown Dwarfs and extrasolar planets II Dust-induced collisional ionization
观测结果表明，在光谱类别M之后的单一低质量物体中，连续的无线电发射以及零星的H-α和X射线发射都很突出。这些活动的签名被解释为是由电离的大气耦合到恒星磁场。然而，仍然令人困惑的是，这样一个凉爽的大气层能够产生必要水平的电离的机制。在如此低的温度下，热气体过程不足，但云的形成开始。云粒子可以作为电子雪崩的种子在流光电离周围的气体，并可能导致闪电和间接的磁场耦合，一个组合的过程也预计原行星盘。然而，前提是云粒子是带电的。我们使用的结果从漂移凤凰模型大气研究碰撞过程。我们表明，电离的诱导尘埃尘埃碰撞是最有效的动力学过程。尘埃与尘埃的碰撞本身并不足以改善云层内部大气的磁耦合，但是颗粒上或气相中作为分离电子提供的电荷可以触发二次非线性过程。宇宙射线可能会增加全球的电离水平，但如果像棕矮星那样存在强大的大规模磁场，它们的影响就会减弱。我们认为，虽然热气体电离下降的对象在整个完全对流边界，碰撞过程中的尘埃充电可以发挥重要作用，在最低质量的对象。因此，大气尘埃的出现可能与大气中的异常X射线和无线电发射有关，这些大气是冷的，但由于纯热电离而比预期的要多。
2011-05-23 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Numerical Study of Cosmic Ray Confinement through Dust Resonant Drag Instabilities
我们通过共振拖曳不稳定性（RDIs）研究了带电尘埃粒子约束宇宙线（CR）的可能性。我们进行磁流体动力学粒子在细胞模拟的磁化气体混合带电尘埃和宇宙射线，与陀螺半径的尘埃和GeV CR的$\sim\mathrm{AU}$尺度完全解决。作为第一项研究，我们专注于一种类型的RDI，其中带电颗粒漂移超Alfv {é}nically，与洛伦兹力强烈主导阻力。尘埃颗粒是不稳定的RDI，并形成集中的柱和片，其规模增长，直到饱和的模拟盒的大小。初始完全流动的CR强烈地被RDI激发的Alfv{é}n波散射，CR垂直速度分量的增长率等于磁场扰动的增长率。这些比率是很好的预测分析线性理论。CR最终变得各向同性，并且通过由RDI激发的单向阿尔文波至少在$\sim v_\mathrm{A}$处漂移，其中俯仰角余弦$μ$均匀分布，并且CR俯仰角扩散系数$D_{μμ}$在$μ= 0$周围具有平坦轮廓，而没有“$90$度俯仰角问题。“包括气体上的CR反馈，$D_{μμ}$减少了几个因子，表明CR散射率较低，因为CR压力对RDI的反作用增加了额外的波阻尼，导致准稳态散射率较低。我们的研究表明，在某些条件下，灰尘引起的CR约束可能非常重要，例如，围绕类星体或超亮星系的尘埃环绕星系的介质。
2022-04-22 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Nonlinear Evolution of the Resonant Drag Instability in Magnetized Gas
我们调查，第一次，磁化的“共振拖曳不稳定性”（RDIs）的非线性演化。我们探讨磁流体动力学（MHD）模拟气体混合（均匀）尘埃颗粒受洛伦兹力和阻力，使用GIZMO代码。磁化的RDI表现出与纯声学RDI根本不同的行为。粉尘组织成相干结构，系统表现出强烈的尘气分离。在线性和早期非线性区域，增长率符合线性理论，尘埃自组织成二维平面或“片”。“最终，气体发展出完全非线性、饱和的Alfvénic和可压缩的快模式湍流，用少量的尘埃填充低密度区域，并驱动一个发电机，在动能和磁能均分时饱和。尘埃密度的波动表现出显着的非高斯性，和功率谱是强烈的加权朝向最大的（盒尺度）模式。饱和水平可以通过准线性理论来理解，因为通过不稳定性的强迫和能量输入变得与湍流中的饱和张力和耗散相当。这里给出的磁化模拟只是一种情况;磁性RDI在参数空间的不同部分可能具有多种形式。
2018-10-22 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Generalizations of a Nonlinear Fluid Model for Void Formation in Dusty Plasmas
最近提出的一维非线性时变流体模型在理论和数值模拟方面的新进展[K。Avinash，A. Bhattacharjee和S. Hu，Phys. Rev. Lett. 90，075001（2003）]的尘埃等离子体中的空隙形成。该模型描述了一个初始的不稳定性所造成的离子阻力，快速的非线性增长，和一个非线性饱和机制，实现了准稳态包含一个空隙。早期的一维模型已经扩展到二维和三维（后者，假设球对称），使用比早期的一维公式更完整的动力学方程组。本方程组包括离子连续性方程和非线性离子拖曳算子。空隙形成的定性特征被证明是强大的相对于不同的功能形式的离子拖曳运营商。
2011-09-06 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Experimental demonstration of a dusty plasma ratchet rectification and its reversal
在一个带有非对称锯齿状电极的尘埃等离子体系统中，实验实现了数百个尘埃粒子的自然持续流动。通过改变等离子体的工作气压或等离子体功率等条件，可以控制尘埃粒子的流动方向。数值模拟了非对称锯齿内离子阻力对尘埃粒子流动的影响，验证了尘埃粒子流动整流的实验观察。实验和模拟结果都表明，非对称电势和集体效应是尘埃等离子体棘轮的两个关键，在非平衡离子拖曳的作用下，通过改变尘埃粒子的平衡高度，在不同的等离子体条件下，可以逆转尘埃粒子沿棘轮电势非对称方向的流动.
2020-02-22 cond-mat.soft physics.plasm-ph
Effects of collision enhanced charging on dust crystal
在RF复杂等离子体中的单层尘埃晶体的数值模拟进行检查的晶体结构和量化的影响，包括碰撞增强的离子电流的充电模型。一个GEC细胞类似于以前的实验工作进行了建模的RF电压的范围内，使用连续描述的等离子体和尘埃颗粒的描述。监测了每一个尘埃颗粒的时间历程。尘埃电荷的计算使用OML和碰撞增强充电（CEC）模型适用于鞘区。尘埃模型考虑了电力、离子拖曳力、中性拖曳力、重力和离子尾流。CEC模型产生了较低的电荷和较低的电力，这与实验数据吻合得更好。然后，对由40至100个颗粒组成的粉尘晶体进行建模，并检查所得晶体的悬浮高度和颗粒间间距。包括碰撞增强电流减小了颗粒间的间距，但对悬浮高度只有很小的影响。
2021-03-21 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Ubiquitous Instabilities of Dust Moving in Magnetized Gas
Squire & Hopkins（2017）表明，耦合的尘埃-气体混合物通常会受到“共振阻力不稳定性”（RDI）的影响，这会导致两者的波动剧烈增长。但是磁场和带电尘埃的作用还没有被研究过。因此，我们探讨了服从理想MHD的气体中的RDI，并通过洛伦兹力和阻力与尘埃耦合，并具有外部加速度（例如，重力、辐射）驱动尘埃漂移通过气体。我们表明，这是总是不稳定的，在所有的波长和非零值的尘埃-气体比，漂移速度，尘埃电荷，“停止时间”或阻力系数（任何阻力法），或场强，而且增长率只依赖于弱（次线性）对这些参数。尘埃电荷和磁场不能抑制不稳定性，但会产生大量新的不稳定性“家族”，每个家族都有不同的行为。的“MHD波”（磁声或阿尔芬）RDIs表现出最大的增长沿“共振”的角度，其中的模式有相速度匹配相应的MHD波，增长率增加没有限制的波数。“陀螺仪”RDI由漂移和拉莫尔频率之间的共振驱动，使生长率在特定波长处急剧上升。其他不稳定性包括“声学”和“无压力”模式（以前研究过），以及一个类似于宇宙射线不稳定性的家族，当洛伦兹力很强并且尘埃流沿着场线超阿尔文时出现。我们讨论了天体物理的应用在温暖的ISM，CGM/IGM，HII地区，SNe喷出物/遗迹，日冕，冷星风，GMC，和AGN。
2018-11-11 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
The Dynamics of Charged Dust in Magnetized Molecular Clouds
我们研究了湍流巨分子云（GMC）中大的带电尘埃颗粒的动力学。在主要为中性的稠密气体中，大量的尘埃颗粒表现为空气动力学颗粒，因此能够在尘气比中产生剧烈的小尺度波动。Hopkins & Lee（2016）直接模拟了超声波MHD湍流中中性尘埃颗粒的动力学，这是GMC的典型特征，并表明尘埃到气体的波动在小尺度上可以超过1000倍，对恒星形成，恒星丰度以及尘埃行为和生长具有重要意义。然而，即使在GMC中的主要中性气体中，尘埃颗粒也是带负电荷的，并且洛伦兹力是不可忽略的。因此，我们扩展了我们以前的研究，包括洛伦兹力对带电颗粒的影响（除了阻力）。对于小的带电颗粒（尺寸<0.1微米），洛伦兹力抑制尘埃与气体的比值波动，而对于大颗粒（尺寸>1微米），洛伦兹力基本上没有影响，这种趋势可以用尘埃磁化的简单理论很好地解释。在某些特殊的中间情况下，洛伦兹力可以增强尘气分离。无论如何，对于物理预期的缩放的尘埃电荷与粒度，我们发现最重要的影响取决于粒度（通过阻力方程）与洛伦兹力/电荷作为二阶校正。我们表明，我们考虑的动力学是由三个无量纲的数字在弱背景磁场的限制：湍流的马赫数，尘埃阻力参数（正比于晶粒尺寸）和尘埃洛伦兹参数（正比于晶粒电荷），这些使我们能够推广我们的模拟到广泛的条件。
2017-07-07 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Nonlinear Saturation of the Acoustic Resonant Drag Instability
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）；Princeton University（普林斯顿大学）；University of Otago（奥塔哥大学）；Kavli Institute for Particle Astrophysics & Cosmology (KIPAC), Stanford University（斯坦福大学卡弗里粒子天体物理与宇宙学研究所）
研究声学共振拖曳不稳定性在非线性阶段的饱和机制，揭示其与湍流涡旋翻转时间尺度的平衡关系。
2026-02-04 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
