Electromagnetic vortex beam dynamics in degenerate electron-positron astrophysical plasmas
对于简并天体物理正负电子等离子体，我们考虑了带有角动量的电磁束的动力学。结果表明，对于任意简并度，当光束功率超过某一临界值时，光束分裂成许多细丝，最终形成稳定的空间孤子，使结构中心保持零场。
2021-10-31 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Long-Lived Vortex Structures in Collisional Pure and Gas-Discharge Nonneutral Electron Plasmas
本文分析了纯电子和气体放电电子非中性等离子体在远大于电子与中性粒子碰撞时间内涡旋结构的平衡、相互作用和动力学的实验研究。研究了Penning-Malmberg阱中纯电子等离子体柱的长约束问题。研究了气体放电非中性电子等离子体中长寿命涡旋结构的稳定性机制。本文描述了潘宁池中高压中性气体气体放电非中性电子等离子体中电子鞘层的坍缩。讨论了稳定涡旋结构与环形电子鞘层之间的相互作用，以及涡旋结构对电子沿磁场输运和穿过磁场输运的作用。
2013-10-28 physics.plasm-ph
On annihilation of the relativistic electron vortex pair in collisionless plasmas
与流体动力学涡旋相反，等离子体中的涡旋包含围绕涡旋中心循环的电流，其在内部产生局部化的磁场。利用计算机模拟，我们表明，与涡旋相关的磁场引起的机制的涡旋对在无碰撞等离子体中的耗散，导致快速湮灭的磁场与它的能量转化为快电子，二次涡旋，等离子体波的能量。双涡旋系统能量衰减的两个主要贡献者，即磁场湮灭和二次涡旋形成，由涡旋相对于电子趋肤深度的大小来调节，电子趋肤深度与电子γ因子$γ_e$成比例，即$R/d_e \propto γ_e^{1/2}$。磁场湮灭在弱相对论性涡旋中占主导地位，而在超相对论性涡旋中，二次涡旋的形成是初始双涡系统阻尼的主要途径.
2018-08-04 physics.plasm-ph
Vortex Solitons and Filamentation of Electromagnetic Beams in Relativistically Degenerate Plasmas
School of Physics, Free university of Tbilisi（第比利斯自由大学物理学院）；Andronikashvili Institute of Physics (TSU)（安德罗尼卡什维利物理研究所（第比利斯国立大学））
研究了相对论性简并等离子体中电磁涡旋束的传播稳定性及非线性吸引子特性，揭示了涡旋孤子在束流化过程中的拓扑保护与稳定性机制。
2026-01-15 physics.plasm-ph
The study of propagation characteristics of millimeter-wave vortex in magnetized plasma by using FDTD Method
本文针对毫米波频段L-G模式涡旋难以稳定产生的问题，采用FDTD三维数值模拟，研究了圆柱波纹波导混合模式涡旋在磁化等离子体中的传播特性，为高效等离子体加热提供新途径。
2024-07-05 physics.plasm-ph
Dust vortex flow analysis in weakly magnetized plasma
本文分析了弱磁化等离子体中驱动尘埃涡旋的流动。应用二维流体动力学模型对非均匀磁场中的受限尘埃云进行数值模拟，在不存在任何非保守场或尘埃电荷变化的情况下，恢复了保守力场驱动下的尘埃涡旋流动。虽然分析中包含的与时间无关的电场和磁场提供了保守的强迫机制，但当[M. Puttscher和A. Melzer，Physics of Plasmas，21，123704（2014）]，尘埃涡旋流解被示出为被恢复。我们已经研究了由电子E*B漂移产生的极化产生的纯双极电场驱动尘埃流的情况。剪切E*B漂移流由磁场梯度促进，在没有离子阻力的情况下驱动涡流。分析了不同磁场强度、磁场梯度和尘埃流体运动粘度下的流函数解析解。B场梯度的效果进行了分析，对比的E场梯度存在于等离子体鞘。
2020-06-03 physics.plasm-ph
Collective effects in vortex movements in complex (dusty) plasmas
我们研究的发病和复杂的（尘埃）等离子体中的旋涡的特性，使用二维模拟后，PK-3加实验室建模的设置。少量的微粒最初在空隙周围的单层中自排列。当引入额外的粒子时，由于等离子体力的非零旋度，扩展的涡旋系统发展。我们证明了剪切变稀效应的旋涡。速度结构函数和能量和涡度拟能谱表明，涡流湍流存在的“经典”Kolmogorov型的本质。
2013-10-15 physics.plasm-ph
Propinquity of current and vortex structures: effects on collisionless plasma heating
弱碰撞等离子体湍流加热的间歇性是一个活跃的研究课题，对理解太阳风、日华和天体物理等离子体具有重要的潜在影响。最近的研究表明，在等离子体加热涡的作用。在磁流体动力学小尺度涡附近产生的电流片，这种效果持续在动力等离子体，这里证明了混合动力和完全动力粒子在细胞（PIC）模拟。此外，涡增强局部动力学效应，与广义共振条件选择的质子加热和热各向异性的符号相关的增强或减少。在这样的等离子体加热与涡度和电流密度，但更强烈地与涡度。这些结果有助于解释几个先前的结果，发现动力学效应和附近，但不集中，电流片。动力学等离子体的相干性涉及多个物理量，相干结构与非热效应密切相关。
2016-10-10 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Stable Optical Vortex Solitons in Pair Plasmas
结果表明，具有较小温度不对称性的对等离子体可以支持局域和非局域涡旋光孤子的存在。这种孤子的共存是可能的，由于特殊形式的饱和非线性，它具有聚焦散焦的性质-为弱振幅聚焦成为散焦较高的振幅。结果表明，离域涡旋孤子是稳定的，在其存在的整个区域，而单电荷和多电荷的局域涡旋孤子是不稳定的低振幅和变得稳定的相对论振幅。
2009-09-08 physics.optics physics.plasm-ph
Anti-ExB flow field associated with a vortex formation in a partially ionized plasma
为了研究部分电离等离子体中的等离子体动力学，对高密度磁化等离子体进行了研究。离子流场已获得实验，并显示与涡流的形成。最显著的结果是旋转方向与ExB漂移方向相反。中性粒子密度分布的测量结果表明，涡旋周围的中性粒子密度梯度很陡，表明中性粒子的向内动量是由密度梯度引起的。动量通过电荷交换碰撞传递给离子，并在离子上产生有效力。实验结果表明，这种有效力可以支配双极电场，驱动离子的反ExB涡旋运动。
2004-10-22 physics.plasm-ph
Consideration on relation between penetrated power and topological charge of millimeter-wave vortex in magnetized plasma
本研究利用FDTD方法分析磁化等离子体中混合模式毫米波涡旋的穿透功率，发现其强烈依赖拓扑荷及其偏差，并揭示波纹波导半径对减小拓扑荷偏差的重要作用。
2025-01-24 physics.plasm-ph
Wakefield-Dressed Relativistic Vortex Electrons in Plasma Accelerators
Chinese Academy of Sciences（中国科学院）
该研究发现等离子体尾场可作为移动量子结构支持相对论涡旋电子态，推导了相关电子旋量本征态，分析了波包与扰动，为高能涡旋电子制备及相对论粒子量子态控制提供了新途径。
2026-08-31 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Vortex merging in strongly coupled dusty plasmas using a visco-elastic fluid model
该研究通过数值模拟探究强耦合尘埃等离子体中涡旋合并规律，发现粘弹性介质中剪切波可促进大间距涡旋合并，耦合强度等因素会影响合并速率与涡旋衰减，且合并过程满足类坡印廷守恒定理。
2024-01-31 physics.plasm-ph
Vortex Bubble Formation in Pair Plasmas
结果表明，在中等强度的背景电磁场作用下，具有小温度不对称性的相对论对等离子体中的离域涡旋孤子是不稳定的。不稳定性导致不断膨胀的空泡的产生，其中电磁场为零。这种电磁泡的存在证明了定性参数的基础上的流体动力学类比，并通过数值解适当的非线性薛定谔方程的饱和非线性。
2013-04-29 physics.optics physics.plasm-ph
Photon Orbital Angular Momentum and Mass in a Plasma Vortex
我们分析了安德森-希格斯机制的光子质量收购等离子体和研究的贡献，从轨道角动量获得的一束光子时，它穿过空间结构的电荷分布的质量。为此，我们应用Proca-麦克斯韦方程组在一个静态等离子体与一个特定的空间分布的自由电荷，特别是等离子体涡旋，这是能够施加轨道角动量（OAM）到光。除了传统的安德森-希格斯机制的质量收购，我们发现，光子收购一个额外的质量从OAM和这个质量减少Proca光子质量。
2010-05-18 astro-ph.IM physics.class-ph physics.optics
Collective dynamics of large aspect ratio dusty plasma in an inhomogeneous plasma background: Formation of the co--rotating vortex series
本文研究了大长径比尘埃等离子体在较宽放电参数范围内的集体动力学。一个电感耦合的扩散等离子体，它创建一个静电陷阱，以限制带负电荷的颗粒，被用来形成一个大体积（或大纵横比）的尘埃等离子体在低压。为了将尘埃颗粒引入到势阱中，采用了使用二次DC辉光放电等离子体的独特技术。尘埃动力学记录在一个2维（2D）平面在一个给定的轴向位置。尘埃流体在低压（P < 0.06 mbar）和高射频功率（P > 3 W）下表现出波动行为。在中等气压（p = 0.08mbar）和低功率（P <3W）下观察到了混合运动、波和涡。在气压阈值以上（p > 0.1mbar），在尘埃云边缘观察到顺时针和逆时针同向旋转的涡旋序列，而中心区域的粒子则表现为随机运动。这些涡旋只在尘埃云的阈值宽度以上被观察到。在尘埃颗粒介质中，流动离子被认为是激发波的自由能量源。同向旋转涡旋的发生是根据垂直于重力的尘埃粒子的电荷梯度来理解的。电荷梯度是等离子体从中心区域到尘埃流体外缘的不均匀性的结果。由于涡旋在耗散介质中具有特征尺寸，因此在尘埃等离子体两侧观察到一系列同向旋转的涡旋。涡的形成及其多重性的实验结果进行了比较，可用的理论模型，并发现是在密切的协议。
2017-12-12 physics.plasm-ph
Explosion of relativistic electron vortices in laser plasmas
高强度激光与低密度等离子体相互作用可能导致电子涡旋的形成。虽然在电子时间尺度上是准稳态的，但由于离子的库仑排斥，这些结构倾向于在质子时间尺度上扩展。采用一个简单的定常涡的解析模型作为初始条件，进行了二维粒子模拟。观察到一些效果，如涡流边界场的强化，多流不稳定性的涡流边界，弯曲的涡流边界与随后的转化成较小的电子涡流。
2016-06-19 physics.plasm-ph
Stationary electron vortex states in a plasma bubble field
Sino-French Institute of Nuclear Engineering and Technology（中法核工程与技术学院）；Sun Yat-Sen University（中山大学）
该研究针对等离子体尾场加速器，通过求解准相对论薛定谔方程获得电子涡旋态的解析解，验证了等离子体泡可稳定约束涡旋电子，为其后续加速研究提供了基础。
2026-08-25 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Vortex structures and electron beam dynamics in magnetized plasma
本文研究了电子束在木星电离层双层反射时涡旋结构的形成。并研究了这些涡旋结构对由双层势加速的沿Io通量管向上的密集电子通量形成的影响。然后，这些电子有可能发生向回旋超辐射模式的相变。研究了涡扰动形成的条件。的非线性方程，发现描述电子的涡旋动力学及其后果进行了研究。
2021-02-12 astro-ph.EP physics.plasm-ph
Drift-Alfven vortex structures in the edge region of a fusion relevant plasma
边缘湍流结构通常在聚变装置中观察到，并且通常被认为是约束退化的原因。在它们的起源中，漂移阿尔芬湍流是最常见的建议之一。Drift-Alfven范式允许在各种系统中也观察到局部涡旋状结构的存在。在这里，我们提出了RFX-Mod RFP设备边缘区域存在漂移-Alfvén涡旋的证据，显示了这些结构如何导致边缘的电磁湍流及其间歇性。
2009-06-11 physics.plasm-ph
Self-organization of dissipative and coherent vortex structures in non-equilibrium magnetized two-dimensional plasmas
利用第一性原理微观朗之万动力学方法，研究了平面几何条件下非平衡磁化等离子体的性质。等离子体的非平衡态是由于电荷的复合和产生而维持的，本文研究了非平衡稳态磁化等离子体的内在微观结构，特别是粒子间的关联和涡旋结构的自组织。模拟已经进行了广泛的参数，包括强等离子体耦合，高电荷复合和产生率，和强烈的磁场。模拟结果表明，非平衡复合和产生过程触发了二维等离子体中远离热平衡的有序耗散或相干漂移涡旋态的形成.这是显而易见的，从不寻常的性质的二元分布和行为的库仑能量的系统，这原来是相当不同的典型的平衡态的等离子体在相同的条件下。
2010-07-04 cond-mat.other physics.plasm-ph
Terahertz vortex wave generation in air plasma by two-color femtosecond laser pulses
研究了基波和二次谐波激光脉冲在空气等离子体中产生相位奇异的宽带太赫兹脉冲。我们发现，当第二谐波光束携带涡旋电荷时，太赫兹光束也获得涡旋结构。这种太赫兹涡旋的一般特征是强度沿着方位角调制，这可以归因于两个泵浦谐波之间的空间变化的相对相位差。完全空间和时间分辨的数值模拟表明，泵的横向不稳定性进一步影响沿非线性传播的发射太赫兹场，这产生额外的奇异性，从而导致丰富的涡旋结构。预测的强度调制实验证明与热摄像机，在良好的协议与模拟结果。利用柱面镜对光束进行光学变换，揭示了实验中存在的相位奇异性。
2019-06-14 physics.optics physics.plasm-ph
Efficient generation of intense spatial and spatiotemporal vortex harmonics using plasma mirrors
针对等离子体镜产生涡旋谐波能量转换效率低的问题，提出添加相对论高斯泵浦光束作为能量源，通过模拟证明可将转换效率提升数个数量级，并能独立控制谐波的频率与轨道角动量。
2023-11-23 physics.optics physics.plasm-ph
Gyrofluid vortex interaction
磁化等离子体中的低频湍流受到跨离子拉莫尔轨道的陀螺效应的影响。在这里，我们表明，基本的涡流相互作用，如合并和共平流在陀螺流体等离子体的影响下，陀螺诱导的涡流螺旋基本上修改。对于相同的初始涡量，初始密度分布的不对称性决定了同向旋转涡的命运是加速合并还是爆发。在温暖的回旋流体湍流结构的特点是回旋增强到薄涡片的对流。
2017-08-21 physics.plasm-ph
Runaway expansion in confined quasi-2D plasmas and vortex fluids
在理想流体中的受限准二维引导中心等离子体和相互作用的线涡系统是具有无限相互作用距离的哈密顿系统的例子。利用涡的热力学极限的标准熵极大化方法，研究了当涡变为无穷小并形成连续场时，具有负比数的亚稳态的存在性。我们发现了亚稳态，并认为这意味着一个失控的反应，导致快速膨胀的一个封闭的等离子体或流体类似的快速崩溃的球状星团在天体物理学。
2010-11-06 math-ph math.MP physics.plasm-ph
Advances in laser-plasma interactions using intense vortex laser beams
本文综述了强涡旋激光束与等离子体相互作用的最新进展，重点介绍了其独特性质带来的丰富现象及在粒子加速、不稳定性抑制、高能光子传递和强磁场生成等方面的应用前景。
2024-05-28 physics.optics physics.plasm-ph
Viscoelastic effects on asymmetric two-dimensional vortex patterns in a strongly coupled dusty plasma
强耦合尘埃等离子体介质通常被描述为保持其记忆的粘弹性流体。在流动的尘埃等离子体介质中，当流动不保持层流时，会出现不同大小的旋涡。涡旋也合并以在不同尺度之间传递能量。本文研究了强耦合粘弹性尘埃等离子体介质中粘弹性和压缩性对局域涡旋结构和多旋转涡旋的影响。在单旋转涡旋流的情况下，局部涡旋源产生一个横波，由于介质的有限粘弹性和可压缩性，所产生的波的演化时间被发现减少。结果表明，粘弹性对涡量的色散有抑制作用。在多个漩涡的存在下，我们发现，涡合并得到高度影响的存在下的记忆效应的流体，从而介质的动力学得到完全改变相比，非粘弹性流体。对于可压缩流体，粘弹性衰减了介质中产生的声波中的能量。因此，在某些情况下，高度粘弹性和可压缩流体的行为类似于不可压缩粘弹性流体。波阵面环在椭圆轨道上传播，保持点涡早期位置的足迹。环甚至在斑块涡流区域内彼此碰撞，在交叉点处形成高涡度区域，并穿过彼此。
2019-01-22 nlin.PS physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Numerical study of vortices within a background vortex
本研究利用二维理想流体与二维非中性等离子体的类比，通过自适应细化轮廓动力学模拟背景涡旋内涡旋动力学，并与彭宁-马尔姆伯格阱实验对比，发现一致性与差异。
2025-01-17 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Electron vortex magnetic holes: a nonlinear coherent plasma structure
我们报道了一种新型的亚质子尺度磁洞的性质，这种磁洞是在二维粒子模拟中发现的。模拟是用离子与电子质量比的实际值进行的。这些结构，电子涡旋磁孔（EVMH），具有圆形横截面。磁场凹陷与花瓣状轨道中的被捕获电子群体提供的抗磁方位电流相关联。被捕获的电子群体提供平均方位角速度，并且由于捕获优先选择高螺距角，因此垂直温度各向异性。该结构产生的初始扰动的过程中的湍流演化的等离子体，是稳定的至少100个电子陀螺周期。我们已经验证了EVMH模型进行测试粒子和PIC模拟的孤立结构在一个均匀的等离子体。研究发现，只要在结构位置存在初始垂直温度各向异性，就可以形成（准）稳定结构。这些结构的性质（规模大小，被困人口等）。能够解释观测到的地球等离子体片中磁洞的性质。在其他天体物理等离子体中，EVMH也可能有助于短尺度长度的湍流特性，如湍流度。
2014-12-18 physics.plasm-ph
Efficient generation and amplification of intense vortex and vector laser pulses via strongly coupled stimulated Brillouin scattering in plasmas
本文提出利用等离子体中强耦合受激布里渊散射（SC-SBS）技术高效产生并放大强涡旋与矢量激光脉冲，实现65%能量转移效率及全光偏振控制，并产生可控角动量的新光结构。
2023-11-23 physics.optics physics.plasm-ph
Twisted Dust Acoustic Waves in Dusty Plasmas
本文研究了强关联尘埃等离子体中的线性尘埃声波，讨论了带有轨道角动量的扭曲尘埃涡旋光束的可能性。为了我们的目的，我们使用玻尔兹曼分布的电子和离子密度扰动，尘埃连续性和广义粘弹性尘埃动量方程，泊松方程，以获得修改后的DAWS的色散关系。的极化力，强尘埃耦合，尘埃电荷波动的影响上的ESTA光谱进行了检查。此外，我们还证明了涡旋光束可以作为一个扭曲的涡旋光束传输。在尘埃等离子体中，扭曲的DA涡旋结构可以捕获和传输尘埃粒子。
2012-08-05 physics.plasm-ph
Simulations of 2D magnetic electron drift vortex mode turbulence in plasmas
对非均匀非磁化等离子体中非线性相互作用的二维磁电子漂移涡旋（MEDV）模式的湍流特性进行了模拟研究。控制MEDV模式动力学的相关非线性方程是在存在平衡密度和温度梯度的情况下的波磁场和电子温度扰动。重要的非线性来自电子流速度扰动和电子温度的平流，以及来自非线性电子洛伦兹力。非线性MEDV模式的控制方程的计算机模拟揭示了产生的流光状的电子流，使得在不均匀性的方向上的相应的梯度趋于平坦。相比之下，正交方向上的梯度变化迅速。因此，在衰减的MEDV模式湍流的惯性范围内的能量谱表现出更陡峭的各向异性谱指数。MEDV模湍流中的磁结构在我们的非均匀等离子体中产生非热电子输运。
2008-05-07 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Magnetospheric Multiscale Observations of Electron Vortex Magnetic Hole in the Magnetosheath Turbulent Plasma
利用磁层多尺度（MMS）卫星观测数据，对磁鞘湍流等离子体中一种新的相干结构--电子涡旋磁洞进行了观测。磁孔的特征在于磁凹陷、密度峰值、总电子温度增加（具有平行温度降低但垂直温度增加）和电子携带的强电流。电流在磁孔的中心有一个谷，在磁孔的外部区域有一个峰。在垂直于其轴的圆形横截面中，磁孔的估计尺寸约为0.23 \r{ho} i（~ 30 \r{ho} e），其中\r{ho} i和\r{ho} e分别是质子和电子的回旋半径。高能电子通量没有明显的增强，但在磁孔内的垂直电子通量在约90°倾角处有增强，表明电子被捕获在磁孔内，电子速度分量Vem和Ven的变化表明在圆形截面（M-N平面）内，电子被捕获在磁孔内形成电子涡旋。这些观测结果表明，在湍流空间等离子体中存在一种新型的相干结构，其行为类似于最近的动力学模拟所预测的电子涡旋磁孔。
2016-12-28 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Flow-thermochemistry coupling governs pressure-dependent CO$_2$ conversion in vortex-stabilized microwave plasma reactors: Insights from three-dimensional CFD modeling
Dutch Institute for Fundamental Energy Research（荷兰基础能源研究所）
本研究开发三维CFD模型揭示涡旋稳定微波等离子体反应器中流-热化学耦合机制，明确CO₂转化的非单调压力依赖规律，解释不同压力下CO₂解离与CO复合的竞争及CO损失的关键作用。
2026-08-14 physics.plasm-ph
Electromagnetic Vortex solitons in the magnetospheres of super-Eddington AGN
研究了超爱丁顿活动星系核（AGN）电子正电子等离子体中电磁涡旋孤子的传播和动力学。这种结构的存在和稳定性证明了高度透明的AGN等离子体介质。动力学特征和相应的观测签名的可能影响进行了讨论。
2020-08-05 astro-ph.GA astro-ph.HE physics.plasm-ph
Experimental observation of self excited co--rotating multiple vortices in a dusty plasma with inhomogeneous plasma background
本文报道了在非均匀扩散等离子体背景下，扩展尘埃柱中多个同向旋转涡旋的实验观测。感应耦合射频放电是在氩气的背景下在源区域，后来发现扩散在主实验室开始。产生次级DC辉光放电等离子体以将灰尘颗粒引入到等离子体中。这些微米尺寸的多分散灰尘颗粒在等离子体环境中被充电，并被扩散等离子体的双极电场传输，并被发现限制在势阱中，其中扩散等离子体的合成电场（双极E-场）和玻璃壁充电（鞘E-场）抵抗重力保持微米尺寸的颗粒。多个同向旋转（逆时针方向）的尘埃涡观察到在一个特定的放电条件下的尘埃云。当输入RF功率降低时，观察到从多个到单个尘埃涡旋的过渡。这些旋涡的发生解释的基础上的尘埃粒子的电荷梯度，这是正交的离子拖曳力。电荷梯度是沿尘埃云长度的等离子体不均匀性的结果。多重涡旋的具体性质和原因还有待于进一步的实验研究，但基于沙尘涡旋的特征尺度长度，对多重涡旋的定性认识已经有了初步的探讨。尘埃等离子体中存在一个特征尺度的涡旋，使得在不均匀等离子体背景的扩展尘埃等离子体中有可能形成多个涡旋。对颗粒旋涡运动的实验结果与理论模型进行了比较，发现有一定的一致性。
2017-01-12 physics.plasm-ph
High-Harmonic Optical Vortex Generation from a Plasma Aperture
本研究通过数值模拟，探讨了飞秒圆偏振激光斜入射固体靶微孔产生高次谐波涡旋的现实条件，发现增大入射角、减薄靶材和改善对比度可提高效率，并可通过发散角分离涡旋分量，为实验设计提供指导。
2025-10-25 physics.plasm-ph
Acceleration of dust particles by vortex ring
结果表明，大振幅圆极化电磁波与尘埃等离子体的非线性相互作用产生了一种非定常有质动力，这种有质动力又产生了涡旋环和磁场。然后在泵浦波传播方向上产生的涡环可以加速最初处于静止状态的微米级尘埃颗粒，并最终形成非相对论性尘埃射流。这种效应是完全不稳定的，不像线性漩涡，尘埃粒子在这里不旋转。特别指出，涡环或闭合暗条可以成为托卡马克等离子体中尘埃加速的潜在候选者。
2009-11-11 physics.plasm-ph
Potential structure of a plasma hole in a rotating magnetized plasma
在美国国家聚变科学研究所的线性ECR等离子体装置HYPER-I中，我们观察到了旋转磁化等离子体中稳态涡旋结构的自发形成。该涡旋在其中心出现一个深的密度腔，即等离子体孔，并被确定为粘性流体中的耗散涡旋（Burgers涡旋）[1]。由涡量分布和离子流场估算的运动粘度比经典值高4个数量级，这可能是由于德拜屏蔽不足或准中性破缺所致.在这里，我们提出的潜在的测量结果和评估准中性打破。结果表明，该势具有钟形轴对称结构，其最大值超过5 Te。用泊松方程计算了准中性破缺程度，其值比实验室常用等离子体的值大3个数量级。这种准中性破缺产生的强电场驱动等离子体空穴的超声速旋转。应该提到的是，在等离子体孔的周围区域中的准中性破缺的程度与通常的实验室等离子体相当。因此，等离子体空穴可以看作是由准中性等离子体包围的非中性核结构。研究非中性等离子体和准中性等离子体的连通结构，特别是它们之间的界面层的涨落是一个很有意义的课题。我们的初步观察表明，在界面层中存在明显的波动。[1]K. Nagaoka，A. Okamoto，S. Yoshimura，M. Kono和M. Y. Tanaka，Phys. Rev. Lett. 89（2002）075001
2004-10-19 physics.plasm-ph
Proton Acceleration in a Laser-induced Relativistic Electron Vortex
我们表明，当一个固体等离子体箔的前表面上的密度梯度是由一个强的激光脉冲在掠射角照射，约80度，相对论电子涡被激发在近临界密度层后的激光脉冲耗尽。涡结构和动力学研究使用粒子在细胞模拟。由于不均匀的背景密度引入的不对称性，涡旋以恒定的速度漂移，通常是光速的0.2至0.3倍。涡旋内部的强磁场导致显著的电荷分离;在相应的电场中，最初静止的质子可以被捕获并加速到涡旋速度的两倍（100 - 200 MeV）。我们讨论了一个典型的情况--激光强度为10^21 W/cm ^2--：二维模拟表明，可以获得平均能量为140 MeV、能量扩展约为10%的准单能质子束。我们推导出一个分析估计的涡旋速度的激光和等离子体参数，表明最大的质子能量可以控制的入射角的激光和等离子体密度梯度。
2019-07-17 physics.plasm-ph
Isolated Attosecond $γ$-Ray Pulse Generation with Transverse Orbital Angular Momentum Using Intense Spatiotemporal Optical Vortex Lasers
本研究提出利用强时空光学涡旋激光产生具有横向轨道角动量的孤立阿秒γ射线脉冲，克服了传统方法的束流发散和双激光需求，为超快成像与核激发应用开辟新途径。
2024-11-08 physics.plasm-ph
Rotating vortices in two-dimensional inhomogeneous strongly coupled dusty plasmas: shear and spiral-density waves
在强耦合区，尘埃等离子体实验可以很容易地进行。在我们之前的工作[Phys. Plasmas 21，073705（2014）]中，我们数值研究了具有恒定密度的等离子体，并观察到来自旋转涡旋的横向剪切（TS）波。实验室尘埃等离子体是均匀等离子体的很好的例子，但异质性（如密度，温度，电荷）可能是由于存在的空隙，不同的领域具有不同的方向，存在的外力，如磁和/或电，大小/电荷不平衡等，在这里，我们研究如何在尘埃等离子体的密度异质性响应于圆形旋转的涡旋单极，即平滑和尖锐的截止。为此，我们在广义流体力学（GHD）流体模型的框架下进行了一系列的二维粘弹性流体模拟。在两种不同密度的不可压缩流体的界面处放置旋转涡。光滑旋转的涡旋导致两件事：第一，密度被拉伸形成螺旋密度波;第二，TS波根据剪切波速径向传播到周围介质中。我们注意到，螺旋密度臂在早期是可分辨的，而后来被模糊了。急剧旋转的涡流产生急剧的剪切流，这反过来又有利于跨界面的开尔文-亥姆霍兹（KH）不稳定性。在GHD系统的这种流动中，所发射的TS波与KH不稳定涡之间的相互作用扭曲了转子周围规则螺旋密度臂的形成
2020-06-08 physics.plasm-ph
Driven dust vortex characteristics in plasma with external transverse and weak magnetic field
本文将等离子体中有界尘埃流动动力学的二维流体动力学模型推广应用于分析平面装置中存在外部横向弱磁场（${\bf B}$）时的驱动涡旋特性和最近磁化尘埃等离子体（MDP）实验激发的参数区。该分析表明，由于${\bf E}\times {\bf B}$和${\nabla {\bf B}}\times {\bf B}$漂移，${\bf B}$中的剪切可以在电子和离子之间产生剪切内部场（${\bf E_a}$），该漂移引起悬浮在等离子体中的尘埃云的旋转。流场解表明，中性压力决定了离子阻力和${\bf E_a}$力之间的主导关系。剪切离子阻力产生逆时针的圆形涡旋结构，而剪切${\bf E_a}$力是非常局部化的，并产生顺时针的$D$形的椭圆结构，随着${\bf B}$的减小，该椭圆结构转变为螺旋结构。系统参数的影响，包括${\bf B}$的强度，通过改变其大小和剪切模式的数量和鞘场进行了分析内的弱MDP制度，显示出显着的变化，在流动结构和动量。在高压和较低${\bf B}$的参数区域，${\bf E_a}$力变得与离子阻力相当或占主导地位，并且在该区域中发展出奇特的反向旋转涡对。此外，当${\bf B}$被翻转$180^0$度时，两个驱动器一起作用并产生单个强正交结构，示出了${\bf B}$方向在MDP系统中的重要性。进一步讨论了MDP实验中报道的类似椭圆/椭圆形结构和相关的自然驱动耗散流系…
2020-11-06 physics.plasm-ph
Spin-to-Orbital Conversion of Angular Momentum in Harmonic Generation Driven by Intense Circularly Polarized Beam
首次提出并研究了一种基于强圆偏振激光与平面薄膜相互作用实现自旋-轨道角动量转换的新物理机制。通过理论分析和数值模拟，证实了相对论CP激光束（即使是高斯光束）垂直入射平面薄膜后，会产生携带轨道角动量（OAM）的涡旋谐波。这种涡旋谐波的产生是由于等离子体表面的涡旋振荡由CP束的涡旋纵向电场谐波驱动。在谐波产生过程中，由于总角动量守恒，基频光子的自旋角动量转化为谐波光子的OAM。此外，如果采用初始涡旋光束或螺旋相位板，谐波光子的OAM可以更好地调谐和控制。
2019-03-12 physics.optics physics.plasm-ph
Kinetic plasma waves carrying orbital angular momentum
在傍轴光学近似下，修正了带有有限轨道角动量的朗缪尔等离子体波的结构。结果表明，与电子分布函数的高阶动量有关的动力学效应导致拉盖尔-高斯模的耦合，并导致波的色散和阻尼的改变。理论分析相比，三维粒子细胞的数值模拟模式与轨道动量l = 2。结果表明，这种等离子体波的传播伴随着准静态轴向和方位磁场的产生，这是与波的纵向和轨道动量输运的后果。
2019-03-21 physics.plasm-ph
A review on the Vortex and Coherent Structures in Dusty Plasma Medium
本文综述非磁化与磁化尘埃等离子体中涡旋及相干结构的理论、实验和计算研究，阐明其形成机制、演化过程及与湍流的关联。
2024-07-10 astro-ph.GA nlin.PS physics.flu-dyn
Numerical study of the magnetic electron drift vortex mode turbulence in a nonuniform magnetoplasma
本文模拟研究了在等离子体温度和密度以及外加磁场存在不均匀性的情况下磁等离子体中磁电子漂移涡旋（MEDV）模的湍流。研究表明，磁场的不均匀性的影响是抑制流光状结构观察到在以前的模拟研究没有背景磁场。的MEDV模式湍流表现出非通用（非柯尔莫哥洛夫型）的等离子体参数的不同设置的光谱。在存在不均匀磁场的情况下，频谱变为7/3幂律，这比没有磁场梯度的情况更平坦。这项工作的相关性，在实验室中的激光产生的等离子体被简要提及。
2009-06-08 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Laser-Plasma Ion Beam Booster Based on Hollow-Channel Magnetic Vortex Acceleration
针对激光驱动离子加速的离子最大能量不足问题，提出保品质级联加速方案，经三维PIC模拟验证其鲁棒性且可俘获高电荷质子团，适配现有及近期激光装置。
2024-05-06 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
Ionic and electronic transport properties in dense plasmas by orbital-free density functional theory
我们验证了我们最近的无轨道密度泛函理论（DFT）方法的应用，[物理评论Lett。113，155006（2014）]，用于计算致密等离子体的离子和电子输运性质。为此，我们计算了氢和铝等离子体的自扩散系数，粘性系数，电导率和热导率，以及反射系数。非常好的协议，发现与轨道为基础的Kohn-Sham DFT计算在较低的温度。由于该方法不随温度变化，因此我们可以在比Kohn-Sham方法高得多的温度下产生结果。我们的结果为温暖的致密铝在固体密度是不一致的，最近的实验结果报告的Sperling等人。115，115001（2015）]。
2015-10-02 physics.plasm-ph
Faraday-Fresnel rotation and splitting of orbital angular momentum carrying waves in a rotating plasma
旋转菲涅耳阻力-或轨道法拉第旋转-在旋转的磁化等离子体被发现和研究分析的Trivelpiece古尔德和惠斯勒螺旋波携带轨道角动量（OAM）。等离子体旋转的OAM携带的本征模与相反的螺旋线之间引入非零相移，类似的自旋角动量本征模之间的相移与经典的法拉第效应在磁化等离子体在休息。通过研究布里渊旋转等离子体中这两种低频模式的色散关系，这种法拉第-菲涅耳旋转效应可以追溯到多普勒频移、离心力和科里奥利力的综合效应。此外，旋转进一步示出，导致旋转和方位角模式依赖的纵向群速度，因此预测法拉第-菲涅耳分裂的波包包含一个叠加的OAM携带的本征模式与相反的螺旋。
2021-07-15 physics.plasm-ph
3-Dimensional Dusty Plasma in a Strong Magnetic Field: Observation of Rotating Dust Tori
本文研究了强磁场中三维尘埃等离子体的动力学。由射频放电中的导电或非导电环产生的静电势阱限制了带电的灰尘颗粒。在没有磁场的情况下，尘埃颗粒表现出围绕其平衡位置的热运动。当磁场穿过阈值（B $>$ 0.02 T）时，边缘颗粒开始旋转并在垂直平面中形成涡流。同时，中心区域颗粒在水平面内表现出热运动或$\vec{E} \times \vec{B}$运动。在B $>$ 0.15 T时，中心区域的尘埃颗粒开始反向旋转，在垂直面内形成一对反向旋转的涡旋。涡旋对的特性随着磁场强度的增加而改变（B $\sim$ 0.8 T）。在B $>$ 0.8 T时，尘埃颗粒在旋转环中表现出非常复杂的运动。旋转粒子的角频率变化表明了涡旋中的差动或剪切尘埃旋转。当磁场从0.05 T增加到0.8 T时，角频率随磁场的增加而增加.离子拖曳力和尘埃电荷梯度与电场一起被认为是驱动边缘涡流和中心区涡流运动的可能能量来源。旋转的方向也证实了造成涡旋运动的不同能量来源。
2020-05-08 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
New approach for analysing dynamical processes on the surface of photospheric vortex tubes
大多数关于多尺度涡旋运动的研究采用二维几何学，使用各种观测和数值资料。这种方法限制了对涡旋动力学物理过程本质的理解。在这里，我们开发了一种新的方法来从涡流管的边界面提取重要信息。利用三维高分辨率磁对流MURaM数值资料分析了光球粒间速度涡。基于流体元素的平流，采用拉格朗日平均涡度偏差（LAVD）技术确定涡结构的中心及其边界面。这些表面被映射到一个构造的包络网格，允许研究的关键等离子体参数的空间和时间的函数。有助于理解等离子体动力学的参数，例如洛伦兹力、压力、等离子体- $β$也被确定。我们的研究结果表明，虽然密度和压力具有相当全球性的行为，但其他物理量会发生局部变化，其大小和方向在空间和时间中发生变化。在表面处，水平方向上的混合效率不高，导致出现具有较高/较低温度的局部区域。此外，分析的MHD坡印廷通量证实，大部分的能量是在水平方向上。我们的研究结果还表明，压力和磁力，驱动等离子体的动态涡旋表面是不平衡的，因此，旋涡不旋转作为一个刚体。
2022-02-18 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Photons, phonons, and plasmons with orbital angular momentum in plasmas
研究了非磁化均匀等离子体复杂介质中具有轨道角动量的精确本征模。发现了三种具有OAM的精确本征模式，即，光子声子和等离子体激元结果表明，在没有OAM的情况下，一个OAM光子可以被两个常见的贝塞尔模激发。对于声子和等离子体激元，它们的OAM由电子和离子携带。等离子体中的OAM模及其特性可以在等离子体物理和加速器物理中得到各种潜在的应用。
2016-08-07 physics.acc-ph physics.plasm-ph quant-ph
Conservative regularization of neutral fluids and plasmas
理想的方程组（例如欧拉方程和磁流体力学）可能会产生奇异结构，例如冲击、涡流/流片。其中，涡奇异性的出现是由于涡的拉伸，这可能会导致无限增长的拟能。粘性和电阻率提供了这些奇异性的耗散正则化。与一维无粘Burgers方程的色散KdV正则化类似，我们提出了理想三维可压缩流、MHD和2流体等离子体的局部守恒正则化（具有低耗散高涡度流的潜在应用）。正则化涉及到在速度方程中引入一个涡旋“旋度”项ω 2 w x旋度w。截止长度λ必须与密度的平方根成反比，以确保“漩涡”能量的守恒。后者包括积极的动力，压缩，磁和涡的贡献，从而导致先验的界限拟能。扩展到2流体等离子体涉及额外的磁'旋转'条款的离子和电子速度方程和螺线管除了电流安培定律。以涡旋能为哈密顿量，建立了一个哈密顿-泊松括号公式。我们还建立了旋转正则化的极小性质。一个旋流速度场被示出为传输涡流和磁通量管以及W/ρ和B/ρ，从而推广了Kelvin-Helmholtz和Alfven定理。用定常正则化方程模拟了旋转涡、磁流体夹点和涡面。我们的正则化可以方便的数值模拟和统计处理的涡流和电流丝在3D。最后，我们简要地描述了一个保守的正则化的冲击类奇点在可压缩流推广KdV和非线性薛定谔方程的绝热动力学的气体在3D中。
2020-07-28 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
