A novel approach to the quantum Buneman instability
考虑一个非碰撞的量子等离子体，其中电子以相对于离子的速度u0流动，由于它们的质量，假设它们最初是静止的。利用量子磁流体力学的方法，考虑了量子力学的玻姆解释，得到了一个量子色散关系。该量子色散关系包含经典无量纲参数Kappa和量子无量纲参数H。由量子色散关系得到了一个四次方程（Aw4 + Bw3 + Cw2 +Dw+E =0，其中w为归一化频率）.因此，量子布尼曼不稳定性的新方法在于首次求解这个四次方程，以获得不稳定性区间。我的下一篇论文将说明如何在本文得到的量子不稳定区间中用初速度u0代替kappa和H的值。
2018-06-27 physics.plasm-ph
Thermal Effects on Buneman Instability: A Vlasov-Poisson Study
Institute for Plasma Research (IPR)（等离子体研究所）；Homi Bhabha National Institute (HBNI)（霍米·巴巴国立研究所）；Indian Institute of Technology (IIT) Madras（印度理工学院马德拉斯分校）
本文研究了热效应下布内曼不稳定性增长率，发现其与流体模型及线性动能模型结果不同，最大增长率与温度比无关，且离子密度不均匀性影响电子束能量向等离子体温度的转移。
2026-04-18 physics.plasm-ph
Buneman instability in a magnetized current-carrying plasma with velocity shear
在磁重联中，常常会产生布尼曼不稳定性。了解束流中驱动布尼曼不稳定性的速度剪切如何影响波的增长和饱和，与磁重联中的湍流、加热和扩散有关。利用弱余弦速度剪切的Mathieu方程分析和Vlasov模拟，研究了由强磁化电子和冷非磁化离子组成的等离子体中剪切对动力学Buneman不稳定性的影响.在线性不稳定阶段，剪切增强了斜波和剪切电子束之间的耦合，导致更广泛的不稳定本征模与共同的较低的增长率。波耦合产生了空间电场的新特征，当电子空穴形成时，这些新特征可以持续到非线性阶段。较低的混合不稳定性同时发生在$k_{\shortparallel}/k_{\perp} \sim \sqrt{m_e/m_i}$与一个低得多的增长率，并不受速度剪切。
2011-05-02 astro-ph.SR nlin.PS physics.plasm-ph
One dimensional PIC simulation of relativistic Buneman instability
利用自行开发的粒子模拟程序研究了相对论布尼曼不稳定性的一维时空演化。从不稳定性的激发开始，数值地跟踪了它的演化，直到它的淬灭和超越。与非相对论情形相比，最大生长速率（$γ_{max}$）由于相对论效应而减小，并随$γ_{e0}$和m/M变化为$γ_{max} \sim \frac{\sqrt{3}}{2\sqrt{γ_{e0}}}\biglb(\frac{m}{2M}\bigrb)^{1/3}$，其中$γ_{e0}$是与初始电子漂移速度（$v_{0}$）相关的洛伦兹因子，（m/M）是电子与离子的质量比.进一步观察到，与饱和点处的非相对论性结果[Hirose，Plasma Phys.20，481（1978）]相反，静电场能量密度（$\sum\limits_{k} |E_{k}|^{2}/8π$）与初始漂移动能密度（$W_{0}$）的比率与$γ_{e0}$成比例，作为$\sim 1/γ^{2}_{e0}$。这些模拟结果被发现是在很好的协议，使用流体理论推导。
2016-06-10 physics.plasm-ph
Coherent Structures in One-dimensional Buneman Instability Nonlinear Simulations
本文通过一维PIC模拟研究Buneman不稳定性中的相干结构，揭示电子空穴、耦合空穴-孤子及对向传播电势峰的形成与演化，并给出稳态非线性电势结构的解析理论，与模拟部分吻合。
2024-11-19 physics.plasm-ph
Plasma turbulence in the equatorial electrojet: A two-dimensional Hamiltonian fluid model
一个非线性统一的流体模型，描述赤道电射流，包括Farley-Buneman和梯度漂移等离子体不稳定性，定义和证明是一个非正则哈密顿系统。得到了该模型的两个运动几何常数，并证明它们是卡西米尔不变量。该模型的重新制定显示的密度梯度尺度长度（$L_n$）和交叉场漂移速度（${\upsilon}_E$）在控制不稳定模式的动态模拟的增长，过渡和饱和阶段的作用。
2017-11-17 physics.plasm-ph
Backward waves in the nonlinear regime of the Buneman instability
本文报道了在非线性布尼曼不稳定性区中低频和高频返波的观测结果。发现了与离子和电子的电子漂移（相对于离子布居数）方向相反的强烈低频后向波，并根据电子速度分布函数稳定性的线性理论解释了这些波的激发。在非线性区域，电子分布呈现出由电子空穴俘获形成的宽平台，并延伸到负速度区域。结果表明，在线性方法中，后向波对应于弱不稳定或边缘稳定的模式所产生的大量负速度的粒子。
2021-12-23 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Two-Fluid Description of Wave-Particle Interactions in Strong Buneman Turbulence
为了理解磁重联中异常电阻率的本质，我们研究了无力电流片中等离子体不稳定于Buneman不稳定性时，磁重联引起的动量输运和能量耗散.利用三维粒子模拟方法，我们发现Buneman不稳定性中波粒相互作用产生的宏观效应可以近似地用一组电子流体方程描述。我们发现，无论是能量耗散和沿电流在电流层的动量输运是局部准静态的，但全球动态和不可逆的。湍流阻力耗散了电流片的流动能量和相关的磁能。流动能量的净损失转化为平行于磁场的电子分量热传导，并增加电子玻尔兹曼熵。自维持的布尼曼波的增长满足一个Bernoulli方程，该方程涉及的湍流诱导的对流动量输运和热动量输运。电子俘获和释放驱动局部动量输运，而相混合将对流动量转化为热动量。在异常加热过程中，阻力起着微观-宏观联系的作用。磁场的减小维持了使电子再加速的感应电场，但是大部分磁能被耗散并转换成垂直于磁场的电子的分量热。这个加热过程是解耦的加热电流片中的布尼曼不稳定性。离子加热很弱，但离子在协助波和电子之间的能量交换方面起着重要作用。冷离子流体方程与电子流体方程一起构成了描述布尼曼不稳定性的发生、增长、饱和和衰减的完整方程组。
2014-05-28 physics.plasm-ph
Negative energy waves and quantum relativistic Buneman instabilities
采用集体Klein-Gordon模型和冷流体模型对量子相对论Buneman不稳定性进行了理论研究。研究了在不同相对论效应和量子效应作用下的生长速率和不稳定波谱。结果可能是重要的流不稳定性，涉及离子动力学在非常密集的等离子体。
2012-06-26 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
The Adiabatic Phase Mixing and Heating of Electrons in Buneman Turbulence
用$Ω_e/ω_{pe} <1$研究了薄电流层中强Buneman不稳定性的非线性发展和与之相关的快电子加热。在不稳定性的饱和过程中，观察到波势槽中电子的相位混合和温度的快速升高。我们发现，被困电子的运动可以用哈密顿形式主义的绝热近似描述。当电子被捕获和释放时，分界线交叉的过程是不可逆的，并且保证所产生的电子能量增益是真正的加热过程。
2013-02-13 astro-ph.HE nlin.AO nlin.PS
The role of noise in PIC and Vlasov simulations of the Buneman instability
研究了粒子池（PIC）中噪声的影响以及非磁化等离子体中布尼曼不稳定性的Vlasov模拟。结果发现，在政权的低漂移速度，在PIC模拟的不稳定性的线性阶段显着不同的理论预测，而在Vlasov模拟它没有。一系列的高分辨率PIC模拟越来越大的数量的宏粒子每个细胞进行使用一些不同的PIC代码。所有的模拟预测高度相似的增长率是几倍以上的线性理论计算。因此，我们发现，真正的收敛的PIC模拟在线性政权是难以捉摸的，在实践中实现，很容易被错误识别。理论和观察到的增长率之间的差异归因于PIC模拟中固有的初始噪声，而不是在Vlasov模拟中，这导致粒子捕获，即使被捕获粒子的分数很低。我们分析表明，即使是微弱的扭曲的电子速度分布函数（如扁平化由于粒子捕获）的结果在显着修改的增长率。它也被发现，共同的安静启动方法PIC模拟导致更准确的增长率，但只有当最大增长率模式最初被扰动。我们证明了安静启动方法并不能完全解决噪声问题，因为模拟通常表现出与线性理论不一致。
2021-12-23 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Nonrelativistic collisionless shocks in weakly magnetized electron--ion plasmas: two-dimensional particle-in-cell simulation of perpendicular shock
本文采用二维粒子模拟方法研究了磁化参数为6 x 10^-5的弱磁化垂直激波，该参数相当于约130的高Alfvén马赫数M_A。它表明，电流丝形成在脚区的冲击，由于离子束-韦伯不稳定性（或离子扩散不稳定性），并产生一个强大的磁场。在下游区域中，这些电流丝还产生通常比上游磁场强15倍的缠结磁场。下游区电子和离子的热能不均分，温度比T_e / T_i ~ 0.3 - 0.4。在我们的模拟中没有观察到有效的电子加速，尽管一小部分离子在冲击反射时略有加速。模拟结果与Rankine-Hugoniot关系吻合得很好。它还表明，电子和离子被加热的底部区域的布尼曼不稳定性（电子）和离子声不稳定性（电子和离子）。然而，由于反射离子的相对高的温度，布尼曼不稳定性的增长率显著降低。出于同样的原因，离子-离子流不稳定性不会在足部区域增长。
2010-08-02 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Nonlinear Development of Streaming Instabilities In Strongly Magnetized Plasmas
本文研究了在有引导场的磁重联中形成的电流层中流动不稳定性的非线性发展。理论和三维粒子模拟揭示了两个不同的阶段。首先，平行布尼曼不稳定性增长并捕获低速电子。剩余的电子驱动两种形式的湍流：平行电子-电子双流不稳定性和近垂直的低混杂不稳定性。高速电子与湍流共振，并将动量传递给离子和低速电子。
2009-03-12 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-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
Two-stream instability with a growth rate insensitive to collisions in a dissipative plasma jet
该研究针对传统认为碰撞抑制双流不稳定性的认知，结合碰撞双流体模型与Caltech等离子体射流实验，发现低频双流不稳定性增长率对碰撞不敏感，且高碰撞性可在射流横截面收缩时促进双层结构形成。
2023-05-01 physics.plasm-ph
Multiscale Equatorial Electrojet Turbulence: Energy Conservation, Coupling, and Cascades in a Baseline 2-D Fluid Model
报道了在统一流体模型基础上对赤道电射流中等离子体不稳定性耦合的研究进展。通过研究密度梯度标度长度（Ln）和交叉场（E？B）在等离子体湍流上漂移。阐明了这些多尺度不稳定性的能量传递机制和途径。能量的统一模型进行检查，包括注入，保守的重新分配（场和尺度之间），和最终耗散。能量学中涉及的各种物理机制被分类为源、汇、非线性传递和耦合，以表明系统满足能量守恒基本定律。研究了非线性转移项的物理学，以确定它们在产生能量级联中的作用（从主导不稳定波数转移能量和驱动不同尺度长度的不规则性）。验证了两步能量级联产生赤道电射流中3米等离子体不规则体的理论。此外，系统的非线性允许反向能量级联的可能性，负责在电射流的顶部产生大规模的等离子体结构。
2016-02-29 physics.plasm-ph
Electron heating in a current-driven turbulence as a result of nonlinear interaction of electron- and ion-acoustic waves
我们研究了无碰撞电流驱动湍流中由于电子和离子声波之间的非线性相互作用引起的电子加热。PIC模拟结果表明，由于电子和离子的平均速度相差很大，Buneman不稳定性激发了大振幅的离子声波，强烈地改变了电子速度分布函数，导致二次不稳定性产生快速的电子声波，并在此过程中最终产生一个巨大的电子空穴.这个巨大的电子空穴负责由于相混合而产生的强电子加热。数值模拟结果与以前的观察结果是一致的，并提供洞察的关键过程负责电子加热和非线性波的产生在无碰撞电流驱动的不稳定性。
2022-08-01 physics.plasm-ph
Lower-Hybrid Drift Instability and Macroscopic Flow of Colliding Magnetized Plasmas
在实验室实验的基础上，对碰撞等离子体引起的微观不稳定性和宏观流型进行了分析研究。假设等离子体流从两个独立的中心径向流动。在准平面（2D）几何形状中，它们可能由两个平行线的欧姆爆炸产生，但是类似的配置出现于其他流出，例如，双星系统中的碰撞风本文的目的之一是描述流动不稳定性发展的流动滞流线附近。在没有传统简化的情况下，得到了Buneman型色散方程的精确解。不稳定的波的特性是异常电阻率的关键，异常电阻率决定了与每个流向停滞区的流一起传输的相反磁场的重联率。本文的第二个目的是计算碰撞冲击等离子体的流函数。我们解决了这个任务，通过将流动区域映射到速端图平面，并解决流函数的狄利克雷问题。通过提供不稳定性增长率，负责异常输运系数，和整体流动配置，这些研究奠定了基础，为下一步。从那里，我们将研究场重联方案和新兴的介观结构，如实验中观察到的径向条纹。
2018-11-10 physics.plasm-ph
Two-dimensional PIC simulation of collective Thomson scattering in a beam-plasma system
本研究通过二维粒子模拟分析了束-等离子体系统中集体汤姆逊散射的不对称特性及不稳定性影响
2025-12-09 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Dispersion and thermal effects on electromagnetic instabilities in the precursor of relativistic shocks
费米加速可以有效地发展在相对论性无碰撞冲击波提供上游（未受冲击）等离子体是弱磁化。在低磁化下，冲击前兆的大尺寸确实为电磁微不稳定性的增长提供了足够的时间，并且这种微不稳定性产生小尺度湍流，这又提供了所需的散射。本论文扩展了我们以前的分析，这些微观不稳定性的发展，占有限的角度分散束的反射和加速粒子，并占预期的加热的上游电子在冲击前兆。我们发现，只要上游等离子体的电子保持冷态，斜向双流不稳定性可以在激波洛伦兹因子gamma_{sh} ~10的范围内工作，而在此范围内，偏转不稳定性被强烈抑制;然而，当电子被加热到相对论温度时，情况变得相反，双流不稳定性被抑制，而双折射模式变得有效，即使在冲击洛伦兹因子的中等值下。这些不稳定性的峰值波长从惯性电子尺度向质子惯性尺度迁移，因为背景电子在冲击前兆的交叉过程中逐渐被加热。我们还讨论了冲击上游电流驱动的不稳定性的作用。特别是，我们表明，返回/加速粒子通过其在背景磁场中的旋转产生横向电流。我们发现，在背景等离子体中的补偿电流可以导致布尼曼不稳定性，提供了一个有效的电子加热源。[摘要]
2011-07-27 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.plasm-ph
Effects of multi-dimensionality and energy exchange on electrostatic current-driven plasma instabilities and turbulence
本文利用2D2V Vlasov–Poisson动理学模拟研究多维电流驱动静电不稳定性的饱和过程，揭示其四阶段演化及各向同性化特征，发现多维效应会限制纵向高能回流离子形成并促进横向高能离子产生。
2024-01-05 physics.comp-ph physics.plasm-ph stat.AP
