Filamentation instability in a quantum magnetized plasma
利用冷量子磁流体力学模型研究了非相对论电子束通过量子磁化等离子体时产生的偏转不稳定性。证明了当且仅当存在有限磁场时，量子效应可以完全抑制不稳定性。一个无量纲的参数被确定的措施的强度的量子效应。强量子效应允许比经典状态小得多的磁场来抑制不稳定性。
2008-01-25 physics.plasm-ph physics.space-ph
Filamentation instability of counter-streaming laser-driven plasmas
在与天体物理学无碰撞冲击有关的超音速无碰撞状态下，在一对逆流、烧蚀驱动等离子体流的相互作用中，观察到由于韦伯型不稳定性的增长而产生的丝状现象。通过在OMEGA EP激光系统上用1.8 kJ、2-ns激光脉冲照射一对相对的塑料（CH）箔来产生流动。超快激光驱动质子照相术被用来成像的韦伯产生的电磁场。实验观察结果与分析理论的韦伯不稳定性和粒子在细胞中的模拟是一致的。
2013-10-09 physics.plasm-ph
Robustness of the filamentation instability for asymmetric plasma shells collision in arbitrarily oriented magnetic field
当两个逆流等离子体壳层重叠时触发的双折射不稳定性似乎是产生无碰撞激波的主要机制。长期以来人们已经知道，流动对准的磁场可以完全抑制这种不稳定性。在最近的一篇论文[PHYSICS OF PLASMAS 18，080706（2011）]中，在二维中证明了对于两个冷的、对称的、相对论性碰撞的壳的情况，如果场不完全对准，则不会发生这种抵消。在这里，这个结果被扩展到两个不对称壳的情况。因此，取向不稳定性似乎是一种越来越强大的产生冲击的机制。
2013-10-02 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Reduction of multiple filamentation due to atmospheric turbulence during the propagation of a laser pulse
针对激光脉冲大气传播中的多丝化问题，本文通过多种分析方法研究大气湍流对调制不稳定性的影响，发现折射率的随机行为会降低该不稳定性的增长率。
2025-05-12 physics.plasm-ph
Robustness of the filamentation instability as shock mediator in arbitrarily oriented magnetic field
定向不稳定性（有时也被称为“韦伯”）是许多天体物理场景中的关键过程。在伽马射线暴的火球模型中，这种不稳定性被认为是两个等离子体壳层碰撞形成无碰撞激波的媒介。长期以来人们已经知道，流动定向磁场可以完全消除这种不稳定性。我们在这里表明，在一般情况下，有一个角度之间的领域和流动，平行不稳定性永远不会稳定，无论磁场强度。该模型分析了两个对称逆流冷电子/质子等离子体壳层的稳定性。考虑了相对论效应，得到了各种精确的分析结果。这一结果保证了在满足冷近似的实际环境中不稳定性的发生。
2011-06-17 astro-ph.HE physics.plasm-ph
The filamentation instability driven by warm electron beams: Statistics and electric field generation
用一维和二维粒子模拟方法研究了对向传播对称电子束的偏转不稳定性。光束是均匀的，温暖的，它们的相对速度是温和的相对论性。在2D中检查细丝的动力学，并且证实它们的特征尺寸随时间线性增加。通过模拟平面中的磁场和电场驱动与束流速度矢量正交的电流。场与细丝边界相联系，因此，流动对齐和垂直电流的尺度大小相等。证实了当一维磁不稳定性达到饱和时，静电力和磁力的作用是同等重要的。对于我们的初始条件，它们的平衡显然是平行不稳定性的饱和机制。在2D模拟中，电力相对较弱但不可忽略，其中电子温度被设置得更高以降低计算成本。磁压梯度是静电场的主要来源，当和之后的不稳定性饱和的一维模拟和二维模拟。
2009-10-01 physics.plasm-ph
Quantum kinetic theory of the filamentation instability
从规范不变的Wigner-Maxwell系统出发，重新导出了多组分等离子体的量子电磁介电张量，并给出了与经典形式非常相似的形式。由此产生的表达式，然后应用到量子动力学理论的电磁双折射不稳定性。与包含玻姆压力项的量子流体理论和冷经典等离子体结果进行了比较。导出了截止波矢、最大增长率和最不稳定波矢的解析表达式。
2011-05-10 physics.plasm-ph quant-ph
From Filamentation to Stratification: Instability Dynamics in Scissors-Shaped Relativistic Beam-Plasma System
本文提出剪刀形相对论束-等离子体构型，发现其不稳定性由丝化转变为分层模式，并被磁重联快速抑制，从而以几何方式实现被动不稳定性控制。
2025-07-06 physics.plasm-ph
Density filamentation nonlinearly driven by the Weibel instability in relativistic beam plasmas
在许多束-等离子体模拟和实验中，都观察到了密度梯度。由于电流激励是一种纯横模，电流激励过程不能直接产生电荷密度激励。为了解释这一现象，提出了几种机制，如韦伯不稳定性耦合到双流不稳定性，耦合到朗缪尔波，在电子束和返回电流之间的热速度差，磁压力梯度力等。在本文中，它表明，洛伦兹因子的梯度，事实上，表示等离子体流体的非线性行为，并且进一步地，不均匀的洛伦兹因子分布可以引起静电场和密度细丝。仿真结果与理论分析。
2022-05-13 astro-ph.GA cond-mat.supr-con physics.flu-dyn
Study of filamentation instability on the divergence of ultraintense laser-driven electrons
采用碰撞粒子模拟方法研究了超强激光脉冲与等离子体靶相互作用过程中相对论电子束的产生。在碰撞等离子体中，由于等离子体中的双折射不稳定性（FI），产生了横向尺度长度为几个局部等离子体趋肤深度的强磁场，与靶中RE电流的传播有关，从而导致RE发散比无碰撞情况下大大增强。这种效应随着激光强度和靶电荷状态的增加而增加，这表明在未来的快点火实验和激光驱动电子束的其他应用中，在适当的激光强度下使用低Z材料可能会改善RE发散。
2016-10-14 physics.plasm-ph
Spatial-temporal evolution of the current filamentation instability
通过推导出电流不稳定性的一个偏微分方程，得到了电流丝模式在时间和空间上的解析解，分析了电流不稳定性的时空演化.当束前总是遇到新鲜等离子体时，我们的分析表明，不稳定性从束前到束后在空间上增长到一定的临界束长，然后不稳定性获得一个纯粹的时间增长。这个临界光束长度随时间线性增加，在非相对论区域，它与光束速度成正比。在相对论范围内，临界长度与束流洛伦兹因子$γ_{0b}$的立方成反比。因此，在超相对论状态下，不稳定性立即在整个光束上获得纯粹的时间增长。分析结果与OSIRIS进行的多维粒子模拟结果吻合良好。目前的研究，最近和未来的实验火球光束的相关性也得到了解决。
2015-03-30 physics.plasm-ph
The filamentation of the laser beam as a labyrinth instability
当入射功率远高于双折射阈值时，来自高功率激光器的脉冲在横向平面中产生复杂的结构。它由随机曲折的条纹定义的连接区域的场强是高的，和，由扩散等离子体与散焦性能为主的互补区域。该模式类似于各种扩展的集群的集合。我们提供的证据表明，有一个相关性，这种抑制和{ \it迷宫}不稳定性的反应扩散系统。除了在两种情况下的空间组织的相似性，我们表明，描述这两个动力学过程的微分方程导致可以相互映射的效果。对于高功率激光束，在强自聚焦和空气电离区的非线性薛定谔方程导致了多重散射和团簇结构。在{ \it迷路}不稳定性的影响下，激活剂-抑制剂模型导致类似的模式。这种联系的起源必须在这样一个事实中找到，即光学湍流和激活剂-抑制剂动力学都具有同一系统两相之间竞争的性质。
2015-06-13 physics.plasm-ph
Conditions for the onset of the current filamentation instability in the laboratory
电流成丝不稳定性（CFI）能够产生与解释天体辐射过程相关的强磁场，并导致无碰撞冲击中粒子加速的开始。在实验室中探索这种极端情况仍然是一个开放的挑战。在这项工作中，我们调查的可能性，使用中性$e^{-}$ $e^{+}$光束探索CFI与现实的参数，通过执行二维粒子在细胞模拟。我们表明，CFI可以发生，除非在该光束扩展由于有限的束流发射度的速率大于CFI的增长率，只要竞争的静电双流不稳定性（TSI）的作用是可以忽略不计的。我们还表明，纵向能量传播，典型的等离子体加速电子-正电子火球束，在这些情况下的CFI的增长中起着次要的作用。
2017-09-29 physics.plasm-ph
Filamentation instability in a quantum plasma
利用量子流体动力学方程计算了稀释冷电子束通过冷等离子体时所触发的双折射不稳定性的增长率。与冷流体模型相比，量子效应减小了不稳定的波矢域和最大增长率。稳定的大波矢量模式总是实现，但显着减少的最大增长率取决于所提供的无量纲参数。虽然计算扩展到相对论区域，但它们大多与非相对论区域相关。
2007-06-29 astro-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
Eigenmodes and growth rates of relativistic current filamentation instability in a collisional plasma
从理论上找到了碰撞区相对论性电流压缩不稳定性的本征模和增长率，并从自洽的束流-麦克斯韦方程组导出了广义色散关系。对于对称逆流、完全相对论性的电子流，电子和离子之间的碰撞耦合产生了振荡和波动的不稳定模式，这些模式在长波长扰动中很突出。在较强的碰撞制度，不断增长的振荡模式往往是占主导地位的所有波长。在无碰撞极限下，这些模式消失，同时保持另一个纯粹的增长模式，与标准的相对论韦伯模式完全一致。电子-电子碰撞和热扩散的影响降低了相对论性韦伯不稳定性的增长率。目前的电子束传输动力学机制对强激光脉冲与等离子体相互作用产生的均匀电子束的输运是必不可少的。
2003-12-25 astro-ph physics.plasm-ph
Filamentation of a Relativistic Proton Bunch in Plasma
实验证明长、欠稠密相对论质子束在等离子体中发生斜向不稳定性（丝化），确定阈值条件，并发现磁能随等离子体密度增加。
2023-12-21 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Saturation of the asymmetric current filamentation instability under conditions relevant to relativistic shock precursors
通常在超音速等离子体流的逆流中出现的电流偏转不稳定性，以其将与各向异性动量分布相关的自由能转换成动力学尺度磁场的能力而闻名。这种不稳定性的饱和已被广泛研究的对称配置，其中相互渗透的等离子体共享相同的属性（速度，密度，温度）。然而，在许多物理环境中，最常见的配置是不对称等离子体流。例如，相对论性无碰撞冲击波的前身包括在冲击波前沿反射的热的、稀释的加速粒子束和冷的、密集的流入背景等离子体。为了确定适当的标准饱和在这种情况下，我们进行了大规模的二维粒子模拟逆流电子-正电子对和电子-离子等离子体。我们表明，在互穿对等离子体中，相关的标准是磁捕获的组件（光束或等离子体），进行较大的惯性的两个，即，不稳定增长突然放缓，一旦这些粒子的频率等于或超过不稳定的增长率。我们提出的饱和度的理论近似。这些发现仍然有效的电子-离子等离子体提供的电子和离子是接近均分的等离子体流的较大的惯性。我们的结果可以直接应用于相对论性弱磁化冲击波的物理，但它们也可以推广到其他情况下的研究。
2021-11-08 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Robustness of the filamentation instability in arbitrarily oriented magnetic field: Full 3D calculation
在天体物理环境中，非碰撞激波被认为是产生伽玛射线暴和高能宇宙线的主要原因，而非碰撞激波的形成过程中，韦伯不稳定性起着关键作用。虽然人们早就知道，一个流动对齐的磁场可以完全淬火的不稳定性，它最近被证明在2D的冷态，这种抵消是可能的，当且仅当该字段是完美的对齐。在这里，这个结果最终扩展到3D几何体。对对称和非对称逆流相对论等离子体壳层进行了计算。在3D中检索2D结果：对于倾斜磁场，不稳定性永远无法完全消除。此外，最大增长率总是较大的波矢量躺在由流和斜场定义的计划。一方面，这对所产生的细丝的取向产生影响。另一方面，它证明了二维模拟的问题，可以执行而不会错过最不稳定的约束模式。
2014-01-22 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Langmuir wave filamentation in the kinetic regime. II. Weak and Strong Pumping of Nonlinear Electron Plasma Waves as the Route to Filamentation
我们考虑两种在动力学区域中的泵浦朗缪尔波（LWs）：$kλ_D\gtrsim0.2,$，其中$k$是LW波数，$λ_D$是德拜长度.它们被一个振幅或强或弱的相干外势驱动到有限振幅。这些动态制备的非线性LW发展出横向（平行）不稳定性，其非线性演化破坏了LW的横向相干性。在弱泵制度的不稳定性增长率是相同的BGK模式考虑在第一部分，而强泵LWs有较高的双折射增长率。
2017-03-17 nlin.PS physics.plasm-ph
Particle acceleration and radiation friction effects in the filamentation instability of pair plasmas
用粒子模拟方法研究了一维和二维两对逆流等离子体产生的双折射不稳定性的演化。考虑了辐射摩擦对粒子的影响。在磁场和电流密度均呈指数增长后，非线性准稳定相建立，其特征在于相反电流的细丝。在非线性阶段，粒子能谱的强烈加宽伴随着在其初始能量的两倍处形成峰而发生。提出了一个简单的峰形成理论。辐射损失的存在不会改变不稳定性的动力学，但会影响粒子光谱的结构。
2015-09-15 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Electric field generation by the electron beam filamentation instability: Filament size effects
对电子束的反向传播不稳定性（FI）进行了建模，在一个空间维度的粒子模拟和高统计等离子体表示。模拟方向与束流速度矢量正交。两束电子束在初始时具有相等的密度、温度和它们的非相对论性平均速度的模量。在这种情况下，FI是电磁的。先前对小灯丝的研究表明，磁压梯度力（MPGF）导致非线性驱动的静电场。热压力梯度对力平衡的贡献可能很小，这意味着静电场围绕背景电场进行无阻尼振荡。在这里，我们考虑较大的细丝，当它们饱和时达到更强的静电势。电子加热增强，形成静电电子相空间空穴。几个与大灯丝同时生长的小灯丝的竞争也扰乱了静电场和磁场之间的平衡。振荡被阻尼，但最终的电场振幅仍由MPGF确定。
2009-11-09 physics.plasm-ph
Simulation study of the filamentation of counter-streaming beams of the electrons and positrons in plasmas
采用粒子模拟方法，研究了等离子体中两束空间均匀逆流的带电粒子束驱动的双折射不稳定性。每束电子都由电子和正电子组成。这四个物种的密度相同，温度也相同。一维模拟方向与束流速度矢量正交。磁场自发地增长并重新排列空间中的粒子，使得一束电子和第二束正电子的分布相匹配。模拟表明，作为结果，没有静电场产生的磁场通过其磁压梯度之前，其饱和。这种静电场在灯丝的中心是排斥性的，并限制了最大电荷和电流密度。在这个模拟中，电子和正电子的细丝比没有正电子的细丝达到更高的电荷和电流密度。由磁性捕获的颗粒引起的磁场强度的振荡导致振荡磁压梯度力。后者与粒子密度的统计涨落相互作用，并且可能强制电荷分离，由此静电波在双折射不稳定性饱和后增长。
2009-05-03 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Preferential acceleration of positrons by a filamentation instability between an electron-proton beam and a pair plasma beam
用粒子模拟方法模拟了环境中电子-质子等离子体中电子和正电子的无碰撞喷流，发现正电子加速是以电子动能为代价的。喷流内的主要不稳定性是电子、质子和正电子之间的成丝不稳定性。在这项工作中，我们表明，一个平行不稳定性，一个最初未磁化的环境中的电子-质子等离子体之间的休息和一束对等离子体，通过它在非相对论速度移动，确实导致优先正电子加速。丝状体主要由与其电流矢量方向相同的粒子填充。正电子丝被电磁场与束电子丝分开。一些粒子可以穿过场边界进入另一种粒子的细丝。正电子丝可以通过收集周围等离子体的电子来中和它们的净电荷，而质子不能轻易地跟随束电子丝。正电子丝因此可以被压缩到比束电子丝更高的密度和温度。在不稳定性的指数增长阶段结束后发生的细丝合并导致束电子细丝的膨胀，这放大了它们产生的磁场并在该细丝中感应出电场。射束电子将其动能的相当大部分损失到电场。束流电子丝中的某些正电子被感应电场加速到几乎是其初始速度的两倍。模拟结果表明，在正电子丝中感应出较弱的电场，粒子在该丝中的速度几乎不变。
2020-11-01 physics.plasm-ph
Kinetic Simulations of the Filamentation Instability in Pair Plasmas
本研究通过全动力学PIC模拟揭示非磁化成对等离子体中丝状不稳定性形成密度丝及波导式传播的机制，并估算并合时间尺度及其对FRB观测的影响。
2023-04-07 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Nonlinear dynamics of the ion Weibel-filamentation instability: an analytical model for the evolution of the plasma and spectral properties
我们提出了一个预测模型的非线性相位的韦伯不稳定性引起的两个对称的，逆流离子束在非相对论制度。这种自洽模型将Davidson等人[Phys. Fluids 15，317（1972）]的准线性动力学理论与电流丝聚结的简单描述相结合。它使我们能够遵循的离子参数的演变到一个阶段接近完成各向同性，因此是最感兴趣的了解碰撞冲击形成的动力学。它的预测支持的2-D和3-D粒子在细胞模拟的离子韦伯不稳定性。导出的近似解析解揭示了离子弛豫对各向同性的各种依赖关系。特别是，它被发现的电子屏蔽的影响，可以影响使用非物理的电子质量的模拟结果。
2015-04-07 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Experimental observation and computational modeling of radial Weibel instability in high intensity laser-plasma interactions
当相对论强度的激光与固体密度靶表面相互作用时，超热电子流在穿过体靶的热布居时受到韦伯不稳定性的抑制。我们目前的时间分辨阴影的径向电离前沿膨胀和韦伯不稳定性的扩展内的一个薄的，亚微米，片发起的短脉冲，高强度激光照射。高的时间（100 fs）和空间（1 $μ$ m）分辨率的相互作用的阴影揭示了相对论膨胀的电离前在120 $μ$ m直径区域周围的激光靶相互作用，证实了模拟扩展在$0.77c$，其中$c$是光速。在补丁内的丝状持续几个皮秒和种子的最终重组和加热动力学的纳秒时间尺度。粒子在细胞模拟进行阐明电子动力学导致的临界表面的径向膨胀。计算结果表明，电离膨胀是由于场电离的膨胀热电子人口。膨胀内的丝状化是由于存在的磁场支持的韦伯不稳定性。
2019-10-28 physics.plasm-ph
Fast matter-antimatter separation via Weibel-induced plasma filamentation
该研究探讨正反物质等离子体中Weibel不稳定性增长驱动的正反物质分离，通过粒子模拟与解析模型对比，揭示了Weibel型不稳定性快速发生导致正反物质显著分离的现象。
2025-02-11 physics.plasm-ph
Beam filamentation instability drives deuterium-tritium fusion with polarized neutron emission
State Key Laboratory of Nuclear Physics and Technology, Peking University（北京大学核物理与技术国家重点实验室）；Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院理论物理研究所）；College of Physics, Sichuan University（四川大学物理学院）；Beijing Laser Acceleration Innovation Center（北京激光聚变创新中心）
该研究通过二维粒子模拟结合自旋相关氘氚聚变模块，发现束流成丝不稳定性可将相对论电子能量耦合至聚变离子驱动氘氚聚变，且能产生各向异性自旋分辨的极化中子发射。
2026-10-09 nucl-th physics.app-ph physics.plasm-ph
Probing Ultrafast Magnetic-Field Generation by Current Filamentation Instability in Femtosecond Relativistic Laser-Matter Interactions
本文介绍了中等相对论性的超短激光脉冲与固体靶相互作用过程中产生飞秒时间尺度强磁场涨落的实验测量。这些领域进行了探测，使用低发射度，高度相对论性的电子束从激光尾场加速器，和线积分$B$ -场的$2.70 \pm 0.39\,\rm kT\,μm$进行了测量。三维的，完全相对论的粒子在细胞模拟表明，这种波动源于一个韦伯型的电流双折射不稳定性发展在亚微米尺度的照射靶表面周围，他们成长到足够强的振幅，以扩大探测电子束的角分布几十飞秒激光脉冲最大值后。我们的研究结果突出了尾场加速电子束的相对论激光驱动现象的超快探测的潜力。
2019-07-28 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Characterization of the initial filamentation of a relativistic electron beam passing through a plasma
相对论性电子束通过返回等离子体流时产生的线性不稳定性常与波矢垂直于束流方向的平行模式有关，或与韦伯模式混淆。我们发现，这些模式可能是不相关的，在这件事上，并确定最不稳定的模式上的两个流/reconstruction分支作为reconstruction的主要触发器。这在非电阻初始阶段设定了特征性的横向和纵向双折射尺度。
2005-02-17 astro-ph physics.plasm-ph
Pair filamentation and laser scattering in beam-driven QED cascades
本研究在束流驱动QED级联中观测到电子-正电子对等离子体的纵向丝化，指出其由激光有质动力而非双流或Weibel不稳定性引起，并表明该丝化会导致激光能量向大角度强烈散射，是集体QED等离子体动力学的标志。
2024-02-12 physics.acc-ph physics.plasm-ph
A possible approach to overcome the saturation of the neutron yield in a Plasma Focus and to achieve breakeven
Universita’ di Genova（热那亚大学）
针对等离子体聚焦装置中子产额随能量增加而饱和的问题，提出通过叠加径向磁场抑制等离子体鞘层丝状化，从而消除饱和、提升驱动参数并实现DT燃料下的能量盈亏平衡。
2026-06-26 physics.plasm-ph
Electrostatic and magnetic instabilities in the transition layer of a collisionless weakly relativistic pair shock
天体物理喷流的高能电磁辐射，如大质量恒星坍缩时发射的并触发伽马射线暴（GRB）的喷流，部分归因于相对论性内部冲击。激波是由逆流粒子束的不稳定性在无碰撞等离子体中介导的。只有当光束以相对论性的相对速度运动时，才能产生最快的位移不稳定性。在这里，我们用粒子单元（PIC）模拟两个冷对云在c/2（c：光速）速度下的碰撞。我们证明了双流不稳定性超过了这个速度的平行不稳定性，从而负责激波的形成。上游等离子体的准静电波的不完全热化允许其他不稳定性的增长。激波过渡层的形成，其中一个平行不稳定性调制的等离子体远上游的冲击。上游流入的等离子体逐渐加热的双流不稳定性更接近的冲击和压缩到预期的下游密度的韦伯不稳定性。由于后者产生的强磁场被限制在10个电子趋肤深度宽的层内。
2017-09-09 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Current-driven filamentation upstream of magnetized relativistic collisionless shocks
相对论性无碰撞激波的不稳定性物理在高能天体物理学中具有广泛的重要性，因为这些不稳定性建立了激波，控制了粒子加速过程，并产生了加速粒子辐射的磁场。两个关键参数控制着这些冲击的微观物理：环境介质的磁化和冲击波阵面的洛伦兹因子;到目前为止，这些参数空间的大部分仍有待探索。在本文中，我们报告了一种新的不稳定性上游的电子-正电子相对论冲击，我们认为，这种不稳定性形状的微观物理在中等磁化水平和/或大洛伦兹因子。这种不稳定性是由激波前兆中的加速粒子在背景磁场周围旋转时携带的电流引起的。在背景等离子体中感应的补偿电流导致不稳定的配置，带有电荷中性丝的外观携带相同极性的电流，沿着垂直电流取向。这种“电流驱动的细丝”不稳定性的增长速度比迄今为止研究的相对论冲击上游的任何其他不稳定性都要快，其增长率与等离子体频率相当。此外，电流的补偿与环境等离子体在其穿透冲击前兆时的减速相关联（如在冲击静止帧中所观察到的）。等离子体的这种减速意味着，只要磁化强度σ<~ 10^{-2}，"电流驱动的丝状体“不稳定性可以随着冲击洛伦兹因子的任何值而增长。我们认为，这种不稳定性解释了最近的粒子在细胞模拟的结果在轻度磁化制度。
2014-01-28 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.plasm-ph
Effect of Noise on Spatio-Temporal Evolution of Current Filamentation Instability in Relativistic Beam-Plasma Systems
School of Advanced Sciences, Vellore Institute of Technology（高级科学学院，维罗尔理工大学）
通过解析和粒子模拟研究噪声对相对论束-等离子体系统中电流丝化不稳定性的时空演化，发现纵向场调制是固有特性，且噪声轮廓影响演化。
2026-06-23 physics.plasm-ph
Cumulative effect of Weibel-type instabilities in counterstreaming plasmas with non-Maxwellian anisotropies
逆流等离子体结构广泛存在于实验室实验和天体物理系统中，研究逆流等离子体结构可以防止束流等离子体实验中出现的不稳定模，也可以证明天体物理中大尺度磁场的存在。成丝不稳定性出现在逆流等离子体中，并负责等离子体的磁化。假设每个逆流等离子体都具有各向同性的洛伦兹（kappa）分布，来描述丝状不稳定模式。在这种情况下，双折射不稳定性增长率可以达到一个最大值，显着大于具有麦克斯韦分布函数的等离子体。这种行为是相反的，观察到的韦伯不稳定性增长率在一个双κ等离子体，这是总是小于所获得的双麦克斯韦等离子体。该方法被进一步推广为具有双κ温度各向异性的逆流等离子体。在这种情况下，当等离子体在流动方向上更热时，通过韦伯效应增强了压缩不稳定性增长率，并且增长率变得更大。这些效应显著提高了磁场产生的效率，并为快速磁化场景中的韦伯型不稳定性的潜在作用提供了进一步的支持。
2008-02-05 physics.plasm-ph physics.space-ph
Filamentation of the electromagnetic precursor in relativistic quasi-perpendicular electron-positron shocks
该研究提出电磁前驱体丝化不稳定性产生相对论剪切流和反向磁场分量，可触发磁重联，从而在正负电子对冲击波上游加速粒子。
2025-07-30 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Wakefield-driven filamentation of warm beams in plasma
本文建立了有限尺寸温束流的三维时空双流理论，揭示有限发射度扩散引入主导波数和截止波数，并经相对论电子-正电子束流PIC模拟验证，深化了对等离子体加速器中束流丝化机制的理解。
2024-08-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Interaction of Ultra Relativistic e- e+ Fireball Beam with Plasma
对即将出现的相对论正负电子束或火球束在等离子体中的传播进行从头计算模拟，为研究与天体物理有关的微观物理提供了一种有效的手段。我们发现，在一个密度为10^17/cc的典型实验室等离子体中，与上述某些情况相关的电流扩散不稳定性在传播10 cm后就达到饱和。通过改变背景等离子体密度，可以获得从纯横模到混合模的不稳定性的不同区域。这种不稳定性会产生大的局部等离子体梯度、强烈的横向磁场和增强的辐射发射。我们认为，这些影响可能是第一次观察到实验。
2018-09-11 astro-ph.HE physics.plasm-ph
1D3V PIC simulation of propagation of relativistic electron beam in an inhomogeneous plasma
最近的实验观察已经显示出兆安培的电子电流通过对齐的碳纳米管阵列的有效传输[Phys.Rev Lenness. 108，235005（2012）]。随后，基于非均匀等离子体中的双折射不稳定性的抑制来解释该结果[Phys. Plasmas 21，012108（2014）]。这种不均匀性是由于碳纳米管的电离而形成的。本文对相对论电子束在非均匀背景等离子体中的传输进行了1D3V粒子模拟。抑制的平行不稳定性，负责光束发散，示出。模拟还证实，在非线性制度太的REB传播是更好的，当它传播通过等离子体的密度是不均匀的横向光束。研究了非均匀性尺度长度、幅度和横向束流温度等对激光器性能的影响，在抑制不稳定性的详细研究。
2015-05-02 physics.plasm-ph
Shock formation in electron-ion plasmas: mechanism and timing
从理论和模拟两方面分析了电子-离子等离子体中激波的形成过程。人们普遍认为，在初始未磁化的相对论等离子体中的电磁冲击是由双折射不稳定性触发的。然而，从第一个不稳定相的准定常冲击的过渡仍然失踪。我们推导出一个理论模型的冲击形成时间，考虑到细丝合并的非线性阶段的平行不稳定性。这一过程比正负电子对激波慢得多，因此激波的形成时间与sqrt（m_i/m_e）ln（m_i/m_e）成正比。
2015-04-02 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Particle-In-Cell simulations of the filamentation process in magnetized radio-frequency plasmas
本文通过二维粒子模拟研究磁化射频等离子体中丝状结构的形成与演化，揭示其经历双阶段动力学过程，并阐明磁力与电力分别驱动电子和离子聚集以塑造丝状结构的机制。
2025-03-31 physics.plasm-ph
Electron polarization in ultrarelativistic plasma current filamentation instabilities
研究了超相对论电子束撞击过密等离子体的等离子体电流分布，着重研究了辐射诱导电子极化。粒子模拟提供了三种不同制度的电流丝，即，正常的灯丝，异常灯丝，和淬火制度的分类和深入的分析。我们发现，电子辐射极化出现在沿方位角方向的动量空间，这显着不同的制度的不稳定性。我们提出了一个直观的哈密顿模型来追踪电子极化动力学的起源。特别是，我们辨别的作用，非线性横向运动的等离子体细丝，这会导致辐射自旋翻转的不对称性，产生积累的电子极化。我们的研究结果打破了传统的看法，即准对称场是低效的产生辐射自旋极化光束，这表明电子极化的实验室和天体物理等离子体不稳定性的新信息的来源的潜力。
2022-12-06 astro-ph.HE astro-ph.IM physics.acc-ph
Collisionless filamentation, filament merger and heating of low-density relativistic electron beam propagating through a background plasma
由于韦伯不稳定性，冷电子束在背景等离子体中的传输过程会发生畸变。如果初始束半径比电子趋肤深度大，并且束密度比背景等离子体密度小得多，则多个细丝多次合并。由于这一非绝热过程，初始冷束的束垂直能量增长，直到所有细丝聚结成一个束半径远小于初始半径且小于电子趋肤深度的箍缩束。它是通过粒子在细胞中的模拟表明，一个显着的分数的光束是不捏的磁力的捏束，并填补了大部分的等离子体区域。所得的电子束能量在垂直方向上的分布接近于体电子的麦克斯韦分布。然而，有显着偏离麦克斯韦低和高的垂直能量（深陷和未陷电子）。建立了描述束流束流密度分布和束流周围大的低密度晕的解析模型，并在此基础上计算了束流纵向动能向横向动能、自磁场和等离子体电子的能量转移。理论分析结果与粒子模拟结果吻合较好。
2011-09-01 physics.plasm-ph
Saturation of the hosing instability in quasi-linear plasma accelerators
对等离子体加速器准线性区中的见证光束的束流不稳定性进行了理论分析。在这种制度下，软管不稳定性饱和，即使是一个单能束，在一个水平远低于标准缩放预测。导出了饱和距离和饱和振幅的解析表达式，并与数值结果进行了比较。饱和是由于聚焦力的自然首尾变化，包括自洽的横向梁加载。
2018-01-03 physics.plasm-ph
Magnetized Current Filaments as a Source of Circularly Polarized Light
我们表明，韦伯或电流不稳定性可以导致圆偏振辐射的发射。使用粒子在细胞（PIC）模拟和辐射后处理的数值算法，我们证明了圆极化的水平增加与初始等离子体磁化强度，饱和在~13%时的磁化强度，由磁能密度的比例，以电子动能密度，大于0.05。此外，我们表明，这种效果需要一个离子电子质量比大于1。这些研究结果，这也可以在目前可用的实验室条件下进行测试，表明最近观察到的圆极化的伽马射线暴余辉可能是由于存在磁化电流丝驱动的韦伯或电流偏转不稳定性。
2018-12-17 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Nonlinear saturation of the Weibel instability
由于韦伯不稳定性（WI）引起的磁场的增长和饱和对实验室和天体物理等离子体具有重要意义，近年来引起了人们极大的兴趣。由于WI可以从没有初始场产生大的磁场，因此所实现的最大幅度可以对许多应用具有显著的后果。因此，详细的动力学驱动WI的非线性饱和的理解是重要的。这项工作考虑了WI的非线性饱和时，逆流人口最初未磁化的电子被扰动的磁场取向垂直于流的方向。以前的工作已经发现磁捕获是重要的，并连接电子趋肤深度空间尺度的WI的非线性饱和。[2]本工作中的结果与高温情况下的结果一致。然而，使用高阶连续动力学模拟工具，这项工作表明，当电子的人口更冷，一个显着的静电势的发展，与磁场创建势阱。静电场的发展，由于横向流动的WI，并在某些情况下，加强了二次不稳定性。这一领域起着关键作用的饱和度的WI较冷的人口。静电势在韦伯不稳定性饱和中的作用以前没有详细研究过。
2017-10-02 physics.plasm-ph
Self-acceleration and energy channeling in the saturation of the ion-sound instability in a bounded plasma
在一维粒子模拟中，揭示了束缚离子束-等离子体系统中Pierce型离子声不稳定性饱和的一种新机制。研究发现，不稳定性的饱和是由振荡的虚阳极电位结构介导的。周期性振荡的势垒将入射束离子分成两组。一种成分形成超声束，该超声束被加速到超过初始冷离子束的能量的能量。另一个组成部分是组织作为一个自洽的相空间结构的捕获离子具有广泛的能量传播-离子空穴。被捕获在孔中的离子的有效温度（能量扩散）低于初始束能量。在最后阶段，离子空穴在整个系统长度上扩展。
2020-04-16 physics.plasm-ph
Saturation mechanism of the Weibel instability in weakly magnetized plasmas
通过考虑在不稳定性的初始阶段产生的大量圆柱形束流的演化，从理论上研究了韦伯不稳定性的饱和机制。基于束流的物理模型，指出当束流演化为阿尔芬电流时，磁场强度达到最大值，并存在两个饱和区。饱和时的磁场强度的理论预测与二维粒子模拟的结果在很大范围内的初始各向异性是一致的。
2005-07-19 astro-ph physics.plasm-ph
Weibel, Two-Stream, Filamentation, Oblique, Bell, Buneman... which one grows faster ?
许多相互竞争的线性不稳定性很可能发生在天体物理环境中，重要的是要评估哪一个在给定的情况下增长得更快。建立了一个包含主束等离子体不稳定性的解析模型。完整的三维介电张量，从而解释了冷相对论电子束通过冷等离子体，占引导磁场，返回电子电流和移动质子。考虑任何方向的波矢量允许检索最不稳定的模式为任何参数集。因此，提供了一个统一的描述的丝状（韦伯），双流，布尼曼，贝尔不稳定性（和更多），允许其层次结构的系统参数的准确确定。为了与实际情况和PIC模拟相关，电子与质子的质量比被视为参数，并且用两个不同的值，即1/1836和1/100进行数值计算。在系统参数相空间中，由每种不稳定性所支配的区域的形状远非平凡。对于低密度束流，超磁化区倾向于由双流不稳定性或布尼曼不稳定性控制。对于等于等离子体密度的束流，取决于束流的洛伦兹因子，最多有四种模式可能起作用。在系统参数相空间的某些区域，主模可能随电子质子质量比而变化。应用于太阳耀斑、星系际流和相对论冲击物理学。
2009-04-29 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Simulation of relativistically colliding laser-generated electron flows
采用粒子模拟方法研究了两束等强激光脉冲在两个空间上分离的光斑中同时撞击致密靶时产生的等离子体动力学。模拟显示，电子加速到相对论速度，穿过靶并从靶的后表面离开。大多数高能电子被双极电场束缚在后表面并沿其扩展，它们的电流被靶中的返回电流闭合，这种电流配置产生强的表面磁场。两个电子鞘层在激光碰撞点之间的中平面处碰撞。逆流电子束之间的磁排斥使它们沿着表面法线方向分离，然后它们可以通过其他束不稳定性热化。这种磁排斥也是束-魏贝尔不稳定性的驱动机制，它被认为是伽马射线暴（GRB）喷流内部激波附近磁场增长的原因。这种排斥的相对强度相比，竞争的静电相互作用，这是由模拟证明，表明在实验环境中，可以检查的不稳定性。
2012-11-18 physics.plasm-ph
Measurements of the growth and saturation of electron Weibel instability in optical-field ionized plasmas
利用来自直线加速器的超短（1.8 ps）相对论（45 MeV）电子束团，测量了光场电离等离子体中与电子热韦伯不稳定性相关的磁场随时间的演化.自生磁场被发现自组织成一个准静态结构符合螺旋拓扑结构在几个ps内，这样的结构持续几十ps在欠密等离子体。测得的增长率与考虑碰撞的等离子体动力学理论预测的增长率吻合得很好。磁捕获被确定为占主导地位的饱和机制。
2020-11-19 physics.plasm-ph
Particle-in-cell simulation of Buneman instability beyond quasilinear saturation
布尼曼不稳定性的时空演变一直遵循数值，直到其准线性淬火和超越，使用内部开发的静电一维粒子模拟代码。对于不同的初始漂移速度$k_{L}v_{0}/ω_{pe} \approx 0.1 \, - \, 1$和较宽的电子与离子质量比（m/M）范围，由模拟得到的生长速率与四阶色散关系的数值解吻合得很好.当静电场能量密度（$\sum\limits_{k} |E_{k}|^{2}/8π$）与初始电子漂移动能密度（$W_{0} = \frac{1}{2} n_{0}m v^{2}_{0}$）之比达到恒定值时，布尼曼不稳定性出现准线性饱和，正如Hirose [等离子体物理20，481（1978）]所预测的，该值与初始电子漂移速度无关，但取决于电子与离子的质量比m/M，如$\sum\limits_{k} |E_{k}|^{2}/16πW_{0} \approx (m/M)^{1/3}$。这一结果在我们的模拟中得到了验证。增长的不稳定性超过第一饱和（准线性饱和），直到其最终饱和[石原等。例如，PRL 44，1404（1980）]遵循随时间的代数标度。与准线性饱和相反，最终饱和的静电场能量密度与初始动能能量密度的比率相对独立于电子与离子的质量比，并且被发现仅取决于初始漂移速度。超过最终饱和，电子相空间空穴耦合到大振幅的离子孤立波，一种状态被称为耦合空穴孤子，在我们的模拟中看到。这些相干模的传播特性（振幅…
2017-09-21 physics.plasm-ph
Nonlinear Saturation of the Weibel Instability in a Dense Fermi Plasma
本文研究了具有各向异性费米-狄拉克分布的稠密等离子体中强磁场的产生。为此，我们对Wigner-Maxwell稠密量子等离子体系统中的横波采用了一种新的线性色散关系。色散关系的数值分析揭示了作为费米能和温度各向异性的函数的生长速率的缩放。通过完全动力学模拟发现了磁场的非线性饱和水平，这表明磁场的最终幅度与不稳定性的线性增长率成正比。这些结果对于理解稠密费米等离子体中强磁场的起源，例如下一代强激光-固体密度等离子体实验中的强磁场起源具有重要意义。
2008-03-07 physics.plasm-ph
