Dephasing of ion beams as Magnetic Vortex Acceleration regime transitions into a bubble-like field structure
本文利用三维模拟研究近临界密度靶中磁涡旋加速在真实激光时间对比度和预等离子体条件下的稳健性，分析离子束特性、效率及焦斑尺寸影响，并给出改进定标律。
2024-09-13 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
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
Coupling of acoustic and drift modes, harmonic modons in astrophysical dusty plasma and a new mode in the Comet Halley
本文从理论上研究了有界非均匀尘埃等离子体中声波和漂移波的线性和非线性特性，这在空间和实验室环境中具有潜在的应用价值。在该分析中，假设所有等离子体粒子的流动沿着轴向方向，而速度梯度被认为是沿着径向方向。首先，我们研究耦合的尘埃修改离子声波（DMA）和漂移（DMD）波（线性分析）在快速的时间时，尘埃的动力学保持不活跃，后来形成的非线性涡旋状结构的检查。第二种情况是在慢时尘埃参与动力学，研究了超低频尘埃声波（UDA）和尘埃漂移波（ULD）之间的耦合，并在非线性分析中得到了类模态解。用解析和数值方法研究了具有比偶极涡旋高的方位谐波的涡旋解的存在性。后来，我们扩展我们的分析，以考虑应用程序的尘埃粒子的存在，在彗星哈雷和热带中层尘埃等离子体，在较早的情况下，我们报告说，意外的彗星哈雷等离子体承认一个新的模式，在背景中的尘埃的存在没有任何影响，这种模式是类似的对流细胞模式，静电漂移（ExB）抵消，密度梯度也由于负离子的存在而消失，并且只有极化漂移对该模式有贡献。对于这种模式的线性分析，没有观察到耦合，但这对流细胞模式的演变，而这种模式的非线性动力学被发现服从涡状解。
2022-02-16 physics.plasm-ph
Acceleration of dust particles by low-frequency Alfvén waves
在非线性近似下研究了低频阿尔文波对带电尘埃粒子的加速效率。结果表明，尘埃粒子的纵向加速度与孤子振幅的平方成正比$O(|b_m|^2)$，而横向加速度与孤子振幅的平方成正比$O(|b_m|)$ .在星际介质的条件下，尘埃粒子的最终速度可以达到0.3至1 km/s $^{-1}$。
2007-12-22 astro-ph 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
On the robustness of spin polarization for magnetic vortex accelerated proton bunches in density down-ramps
利用粒子模拟方法研究了密度下降对近临界密度气体靶中离子磁涡旋加速（MVA）的影响。加速质子的自旋极化对于约80%的各种斜坡长度是稳健的。斜坡长度的显着增加是伴随着低偏振质子准直成最终的光束和大的横向扩展的高度偏振的质子相对于激光传播的方向。
2021-05-28 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
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
Ion Acceleration in Laser Generated Mega Tesla Magnetic Vortex
近临界密度靶的磁涡旋加速（MVA）是激光驱动离子加速的一种很有前途的方案。3D粒子模拟被用来探索一个更广泛的激光靶参数空间比以前报道的文献中，以及研究激光脉冲耦合到目标，场的结构，和MVA计划中的加速离子束的属性。加速效率取决于激光能量与目标中自生通道的耦合。加速质子束表现出高水平的准直与消色差角发散，并携带大量的电荷。对于PW级激光器，这种加速制度提供了有利的缩放的最大离子能量与激光功率优化的相互作用参数。激光驱动的同轴等离子体结构在靶中产生的兆特斯拉级磁场是将质子加速到几百MeV能量的先决条件。
2019-04-05 physics.acc-ph 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
Photon acceleration of high-intensity vector vortex beams into the extreme ultraviolet
本文通过电子束驱动等离子体波中的光子加速，将光学矢量涡旋脉冲转换为高强度、波长可调的极紫外矢量涡旋脉冲，模拟显示强度提升至10^20 W/cm^2以上，具有亚飞秒持续时间和平坦波前，扩展了XUV光源的应用。
2024-11-06 physics.optics 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
A dusty plasma model for vortex structure in Jupiter atmosphere
以无限流动等离子体中的静电束缚带电尘埃云为原型，研究了自然界中各种驱动耗散复杂流动系统在木星大气中自组织涡旋的结构变化.使用二维流体动力学模型，稳态流动的解决方案，得到的体积驱动的尘埃云在一个有界域的纵横比为1.5相关的GRS的当前大小和驱动剪切离子流类似的一部分纬向射流流经GRS。这些非线性解揭示了实验室实验中稳定驱动的尘埃环流与木星大气涡旋之间的许多相似特征。从连续的结构变化开始，围绕GRS和白色椭圆的均匀涡度的静止内部的高速领环的持久性被解释为与运动粘度而不是驱动场相关的内部性质的变化的结果。这一分析也揭示了驱动场、边界和动力学参数在决定木星大气中涡旋的特征大小、强度、环流方向和漂移以及自然界中其他相关的驱动耗散流系统中的作用。
2018-11-22 physics.flu-dyn 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
Vortex Dipole Evolution in Viscoelastic Media: Effects of Asymmetry, Coupling, and Transverse Shear Waves
Sardar Vallabhbhai National Institute of Technology（萨达尔·瓦拉巴伊国家理工学院）；West Virginia University（西弗吉尼亚大学）
研究粘弹性流体中Lamb-Oseen涡双极的动力学，重点分析不对称性、耦合强度和横向剪切波对强耦合尘埃等离子体的影响。通过不可压缩广义流体动力学模型进行数值模拟，探讨对称和不对称双极的演化，发现对称双极呈现持续的平移运动，而不对称双极因诱导速度不平衡产生旋转运动，粘弹性引入的横向剪切波在强耦合条件下显著增强涡涡相互作用，导致快速耗散。
2026-05-20 physics.plasm-ph
Nonlinear Equation for Dust Drift Waves
Theoretical Research Institute, Pakistan Academy of Sciences (TRIPAS)（巴基斯坦科学院理论研究所）；School of Natural Sciences (SNS), National University of Sciences and Technology (NUST)（国立科学与技术大学自然科学学院）；Department of Scpace Science, Institute of Space Technology (IST)（太空技术研究院空间科学系）
针对二维传播且忽略尘埃声波作用的情况，推导了尘埃漂移波的非线性方程，同时考虑非线性尘埃密度项和尘埃涡度项，分别得到二维孤立波和偶极涡旋解。
2026-06-02 physics.plasm-ph
Formation of global vortices in a dusty plasma cylinder
本文研究了有界圆柱定向等离子体中与活性尘埃有关的超低频模式。这里假设所有等离子体粒子的流动沿着轴向坐标，其中速度梯度被设置为沿着径向方向。麦克斯韦和非麦克斯韦（Kappa和Carins）尘埃等离子体静电尘埃声学和漂移模式的耦合驱动全球涡旋的形成进行了分析。涡旋解的系数受到超热粒子的强烈影响。这一分析的意义可以从实验室实验和PK-4任务的角度来看。此外，这可能是富有成效的天体物理设置，可以模仿作为一个等离子体在宏观尺度上的圆柱。
2020-11-13 nlin.PS physics.plasm-ph
Sequential steady state co-rotating dust vortices in sheared streaming plasma
本文进一步系统地扩展了由无界流动等离子体驱动的轴对称环形系统中尘埃云的二维流体动力学模型，使之适用于不同的有界尘埃域纵横比和大范围的运动粘度。这项工作已经证明了惯性和扩散的传输过程之间的相互作用的结构变化的稳定的尘埃流从对称到不对称的性质在较高的雷诺数（Re）制度，其中流动流线变成更圆的结构分叉发生通过一个阈值参数。与许多实验观测结果一致，高度非线性（即，高Re）区域的特征是临界转变为一个新的自相似多个同向旋转涡，以及单一特征尺寸的圆形核心区域，并在边界附近被充满弱涡的强剪切层包围。它进一步揭示了核心区域持续的系统参数在很宽的范围内的非线性制度和其特征尺寸主要是由限制边界之间的最小距离。自相似同向旋转涡旋的阈值参数、涡旋大小、强度和数目主要取决于有界尘埃区域的长宽比。这些非线性的解决方案提供洞察的结构转变和共存的自相似的稳定的同向旋转的尘埃等离子体实验，以及许多相关的复杂的驱动耗散自然流系统的现象。
2018-11-26 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
Laguerre-Gaussian pulses for spin-polarized ion beam acceleration
Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）；Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf（杜塞尔多夫大学）；National University of Defense Technology（国防科技大学）；Institut für Theoretische Physik I, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf（杜塞尔多夫大学理论物理研究所I）
本文提出利用拉格朗日-高斯激光脉冲加速极化氦-3离子，实现更高极化水平和低发散率的束流。
2025-08-04 physics.plasm-ph
Acceleration of macroscopic clusters in crossed magnetic fields
在以前的研究中，我们研究了旋转等离子体流在交叉磁场中由于等离子体流宏观自由度之间的动量转移而加速的问题。在此基础上，我们讨论了含有宏观带电粒子的等离子体流的加速问题。提出的估计，使人们有可能得出一个初步的结论，尘埃等离子体流的轴向加速度。
2018-07-31 physics.plasm-ph
Complex Korteweg-de Vries equation and Nonlinear dust-acoustic waves in a magnetoplasma with a pair of trapped ions
研究了含一对囚禁离子的磁化尘埃等离子体中尘埃声波的非线性传播。从大量尘埃流体的流体动力学方程和离子的动力学Vlasov方程出发，应用约化微扰技术，导出了一个具有复非线性系数的类KdV方程，它控制着等离子体中小振幅DA波的演化.由于正离子和负离子都呈涡旋状分布，因此出现了复杂系数。给出了KdV方程的解析解和数值解，并分析了外加磁场、尘埃压力以及正负离子质量和温度的影响。
2015-01-05 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
Origin of Lagrangian Intermittency in Drift-Wave Turbulence
研究了耗散漂移波湍流的拉格朗日速度统计。对于绝热性（或小碰撞性）的大值，拉格朗日加速度的概率密度函数显示指数尾，而不是拉伸指数或代数尾，通常观察到的高度间歇性加速的Navier-Stokes湍流。这种指数分布被证明是一个强大的功能独立的雷诺数。对于较小的绝热性，代数尾巴观察，这表明强的影响点涡状动力学的加速度。的概率密度函数的形状和自相关的规范的加速度之间的因果关系。
2010-09-28 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Nonlinear Evolution of Instabilities Between Dust and Sound Waves
我们使用数值模拟研究了声学“共振阻力不稳定性”（RDI）的非线性演化。当尘埃颗粒流经气体时，尘埃-气体混合物中的声学RDI被激发，与声波相互作用，导致线性不稳定性。我们在周期性盒子中研究了这个过程，通过外部驱动力加速中性尘埃。不稳定性如线性理论所预测的那样增长，最终分裂成湍流并饱和。在线性理论中，非线性行为的特点是由三个区域-高，中，低波数-之间的边界是由粉尘-气体耦合强度和粉尘-气体质量比。高和中间波数制度的行为彼此相似，大的灰尘气体比波动，而气体仍然在很大程度上不可压缩。饱和状态是高度各向异性的：尘埃沿着加速方向集中在细丝，射流或羽状物中，湍流涡旋状结构在垂直方向上迅速形成和消散。低波数制度表现出气体和尘埃密度的大波动，但尘埃和气体仍然更强烈地耦合在垂直于加速度的相干“前线”。这些行为与外部流体动力学湍流"被动"驱动的尘埃的行为有质的不同，尘埃对气体没有反反作用力。这些不稳定性的致命性质对各种天体物理系统中的尘埃驱动风有着有趣的影响，包括冷星周围，活动星系核周围的尘埃鸟居，以及巨大分子云内部和周围。
2019-07-25 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
