Convolutional hybrid-PIC modeling of non-neutral plasmas
针对非中性等离子体Hybrid PIC数值方法的缺陷，提出用卷积方程替代泊松方程的conv-HPIC新方法，避免迭代、抑制噪声并提升计算效率，为探索非线性现象提供有力工具。
2024-08-26 physics.comp-ph physics.plasm-ph
An extended hybrid magnetohydrodynamics gyrokinetic model for numerical simulation of shear Alfvén waves in burning plasmas
采用广义鱼骨色散关系的理论框架，扩展的混合磁流体动力学陀螺动力学模拟模型已被推导出解析考虑热离子的可压缩性和抗磁效应，除了高能粒子的动力学行为。扩展模型已被用于实现扩展版本的混合磁流体动力学回旋动力学代码（XHMGC），以研究热离子动力学效应的高能粒子驱动的Alfvénic模式，如动力学β诱导的Alfvén本征模在托卡马克聚变等离子体。
2010-12-24 physics.plasm-ph
Weakly nonlinear dynamics in noncanonical Hamiltonian systems with applications to fluids and plasmas
提出了一种快速提取弱非线性Hamilton系统的方法，称为beatification，该方法描述了非正则Poisson括号中具有Hamilton形式的系统在平衡点附近的动力学行为.该程序适用于流体和等离子体等系统的欧拉变量，具有这样的非正则泊松括号，即，带有非标准和可能退化形式的括号。有限和无限维的例子的集合。
2015-12-22 math-ph math.MP nlin.CD
Importance of accurate consideration of the electron inertia in hybrid-kinetic simulations of collisionless plasma turbulence: 1. The 2D limit
在湍流无碰撞空间和天体物理等离子体中，磁能的耗散机制仍然没有得到很好的理解。它的研究需要在无碰撞等离子体湍流的能量传递的有效的动力学模拟。在这方面，混合动力学模拟，其中离子被视为粒子和电子作为惯性流体，最近已经开始吸引显着的兴趣。混合动力学模型通过忽略电子动力学效应来描述离子和电子尺度过程，使得它们与完全动力学等离子体模型相比在计算上要求低得多。混合动力学代码解决离子的弗拉索夫方程（欧拉弗拉索夫混合代码）或作为宏观粒子的离子的运动方程（拉格朗日粒子单元（PIC）混合代码）。他们认为电子流体的惯性使用不同的近似。我们检查这些近似的有效性，采用我们最近大规模并行化的三维PIC混合代码CHIEF，它认为没有任何共同的近似的电子惯性。特别是，我们报告的二维无碰撞等离子体湍流的模拟结果。我们的结论是，使用混合动力学代码，使用近似来描述电子惯性得到的模拟结果需要谨慎解释。我们还讨论了并行可扩展性的首席，据我们所知，第一PIC混合代码，没有近似描述的惯性电子流体。
2022-02-02 physics.plasm-ph
Parametric decay of plasma waves near the upper-hybrid resonance
垂直于直流磁场传播的强X波相对于参量衰减为电子伯恩斯坦波和低混杂波是不稳定的。提出了一个修改后的理论，这种效果延伸到高强度制度，不稳定率$γ$不再是入射波振幅的线性函数。推导了$γ$的显式公式，并以冷等离子体参数表示。理论预测是在合理的协议与粒子在细胞模拟的结果在一个单独的出版物。
2017-01-06 physics.plasm-ph
Energy stability analysis for a hybrid fluid-kinetic plasma model
在等离子体物理中，混合流体动力学模型由描述体相流体成分的磁流体力学（MHD）部分和描述高能等离子体成分的弗拉索夫动力学理论部分组成。虽然在等离子体文献中的大多数混合模型是非哈密顿的，本文研究了最近在其二维配置的哈密顿变量。相应的哈密顿结构描述连同其卡西米尔不变量。然后，能量Casimir方法被用来获得显式的充分稳定性条件，这意味着一个稳定的谱，并建议非线性稳定性。
2013-06-11 math-ph math.MP 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
Hamiltonian formulations for perturbed dissipationless plasma equations
用Vlasov-Maxwell场$\vbψ = ({\sf f},{\bf E},{\bf B})$或理想磁流体力学场$\vbψ = (ρ,{\bf u},s,{\bf B})$的任意泛函${\cal F}[\vbψ]$的微扰导数$\partial{\cal F}/\partialε\equiv [{\cal F}, {\cal S}]$表示了扰动麦克斯韦方程组和扰动理想磁流体力学（MHD）方程的哈密顿量，并假定它们连续地依赖于（无量纲）微扰参数$ε$ .在这里，$[\;,\;]$表示用于每组等离子体方程的函数泊松括号，并且扰动{ \it作用}函数${\cal S}$被称为生成等离子体场的动态可访问的扰动。新的哈密顿微扰公式介绍了等离子体物理中的功能微扰方法的框架，并强调了极化和磁化在Vlasov-Maxwell和理想MHD微扰理论中所起的关键作用。本文中考虑的一个应用是制定等离子体稳定性，保证动态可访问性，并导致一个自然的推广高阶微扰理论。
2020-11-05 physics.plasm-ph
Mini-Conference on Hamiltonian and Lagrangian Methods in Fluid and Plasma Physics
2002年11月14日，作为美国物理学会等离子体物理分部第44次会议的一部分，举行了一次关于流体和等离子体物理中的哈密顿和拉格朗日方法的小型会议。本文总结了在小型会议期间举行的会谈中提出的材料，该会议是为了纪念艾伦·考夫曼75岁生日而举行的。
2003-01-30 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Resonance overlap and non-linear velocity spread in Hamiltonian beam-plasma systems
我们分析了束-等离子体不稳定性的一些具体特征。特别是，非微扰效应的色散关系进行了研究时，标准的微扰逆朗道阻尼处理故障。我们还阐明了如何只有全球扭曲的配置文件，而不是丛生的宽度是真正的预测共振重叠饱和。
2019-05-30 physics.plasm-ph
Particle simulation of lower hybrid waves in tokamak plasmas
全球粒子模拟的低混合波已经进行了使用完全动力学离子和漂移动力学电子与现实的电子-离子质量比。低混合波频率，模式结构，和电子朗道阻尼静电模拟同意非常好的解析理论。线性模拟的低杂波包在环形几何形状的传播表明，波传播速度比低场侧的高场侧，在协议的射线追踪计算。还进行了低杂波频散关系的电磁基准测试。在环形结构中观察到电磁模式转换，慢波在等离子体边界处发射，在模式转换层处转换为快波，这与线性理论一致。
2014-09-25 physics.plasm-ph
Dynamical large deviations for plasmas below the Debye length and the Landau equation
本文考虑由具有相同电荷的$N$粒子组成的均匀等离子体，它们通过库仑势相互作用。在大等离子体参数极限下，经典动力学理论证明了经验密度是Balescu-Guernsey-Lenard方程的解。这是一个大数定律。Balescu-Guernsey-Lenard方程在比德拜长度小得多的尺度下近似为Landau方程。为了描述典型的和罕见的波动，我们计算的经验密度的动力学路径的第一次大偏差原则，在朗道近似。我们得到一个大偏差的哈密顿量，描述波动和罕见的经验密度的偏移，在大等离子体参数的限制。我们得到这个大偏差哈密顿量从玻尔兹曼大偏差哈密顿量在掠碰撞极限，或直接从动力学，扩展经典动力学理论的朗道近似内的等离子体。我们还导出了$N$粒子经验密度的大偏差哈密顿量，其中每个粒子都是由一个马尔可夫过程控制的，并以平均场的方式耦合。我们解释了等离子体大偏差哈密顿量不是平均场耦合的$N$粒子的哈密顿量。
2021-05-05 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.plasm-ph
Density of hybrid plasma generated by microwave and laser radiation in the Ar:H2:CH4 mixture
Institute of Laser Physics SB RAS（俄罗斯科学院西伯利亚分院激光物理研究所）；Novosibirsk State Technical University（新西伯利亚国立技术大学）
研究通过微波和激光辐射在Ar:H2:CH4混合物中生成混合等离子体，发现其电子密度范围为(4-8)E15至(1.5-2)E17 cm-3，揭示其时空非均匀性。
2025-12-10 physics.plasm-ph
Hybrid Particle-Fluid Modeling of Plasmas
有许多有趣的物理过程涉及到大体积高密度等离子体的产生。然而，当对这些系统进行数值建模时，大的密度和体积提出了重大的计算挑战。一种用于对等离子体物理进行建模的技术，即单元中粒子（PIC）方法，是非常精确的，但是随着等离子体密度的增长，需要增加计算时间和数值分辨率。在本文中，我们提出了一种新的技术，用于减轻极端的计算负荷，等离子体密度的增长相结合，现有的PIC方法与介电流体的方法。通过在混合粒子-流体模型中使用这两种描述，我们现在可以探测大体积，高密度区域的物理。混合方法还提供了一个平滑的过渡，随着等离子体密度的增加和电离分数增长的值，很好地描述了单独的流体描述。我们提出的混合技术，并证明了一个简单的例子与分析解决方案的基准物理模型的有效性。
2004-02-09 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Excitation of lower hybrid and magneto-sonic perturbations in laser plasma interaction
低杂波（LH）和磁声波（MS）是磁化等离子体的常见波型。这些模式在许多现象中起着重要的作用。在磁约束核聚变实验中，低杂波常用于电流驱动和加热。LH波和MS波在各种天体物理和空间等离子体观测中都被观测到。这些波涉及离子运动，因此在高功率脉冲激光实验中没有被考虑。本文用粒子模拟方法研究了激光等离子体相互作用中低杂波激发和磁声激发的一种简单机制。详细研究了这些模式的形成和传播特性。产生这些扰动的方案依赖于在等离子体中施加强磁场来约束激光电场中较轻电子物种的运动。选择磁场强度以使较重的离子在激光频率下不被磁化。这有助于LH波的激发。另一方面，在与激光脉冲持续时间相关的较慢的时间尺度下，甚至离子也显示出磁化响应，并且观察到磁声激发被激发。
2020-08-24 physics.plasm-ph
Modulation instability of lower hybrid waves leading to cusp solitons in electron-positron-ion Thomas Fermi plasma
根据低杂波的三波共振相互作用的思想，证明了在具有空间色散的电子-正电子-离子等离子体中，量子修正低杂波（QLH）可以衰减为另一个QLH波（其中电子和正电子被激活，而离子留在背景中）和另一个超低频QULH（其中离子是移动的）。玻姆势、交换关联和费米压力等量子效应对低混杂波的色散特性有显著的影响。然后导出了考虑QLH波非线性贡献的QLH波孤子形成的非线性Zakharov方程组。进一步研究了低杂波孤子的调制不稳定性，并由此考察了不同极限情况下的增长率。由于与三波共振相互作用相关的增长率通常小于与调制不稳定性相关的增长率，因此仅对后者进行了研究。研究了耦合Zakharov方程和NLS方程组在准定常状态下的孤子解。研究了具有非局域非线性的尖点孤子解和具有非局域非线性的普通孤子解。这种方法研究由电子、正电子和离子组成的费米气体中的低混杂波和尖孤子是一种新的、重要的方法。在这个量子等离子体理论中获得的一般结果将具有广泛的适用性，特别是在高能等离子体激光相互作用的过程中设置为实验室天体物理和固态等离子体。
2017-11-08 physics.plasm-ph
Extended hybrid kinetic-magnetohydrodynamic model for ignited burning plasmas
简要回顾了现有的燃烧等离子体中α粒子物理的动力学-磁流体动力学（MHD）混合模型，指出压力耦合方案和电流耦合方案仅在α粒子密度远低于背景离子和电子的特定动力学区域是等价的。本文提出了一个多流体模型，它能较好地描述同时存在高能α粒子和氦灰粒子的燃烧等离子体的动力学状态。在MHD极限下，将动力学-多流体模型进一步简化为扩展的混合动力学-MHD模型。这一简化过程表明，现有的压力耦合方案是更广泛的比电流耦合方案和足够的范围广泛的动力学制度。该分析进一步表明，由于系统中大量α粒子的贡献，模型方程主要是广义欧姆定律发生了显著变化。这些模型可用于研究点火燃烧等离子体和空间等离子体中α粒子的碰撞。
2019-11-05 physics.plasm-ph
Core micro-instability analysis of JET hybrid and baseline discharges with carbon wall
利用GYRO程序[J. Candy和E. Belli，General Atomics Report GA-A26818（2011）]。特别是，我们研究了等离子体压力的微观不稳定性的作用，并扫描参数空间的重要等离子体参数负责的发病和稳定的模式在实验条件下。我们发现，一个很好的核心限制，由于强稳定的微湍流驱动的运输可以预期在混合等离子体中，由于快速离子压力的稳定效果，这是更有效的混合放电的低磁剪切。虽然平行的速度梯度不稳定是很重要的内核，在外径的混合等离子体可能会受益于强烈的淬火的湍流传输的$\mathbf{E}\times\mathbf{B}$旋转剪切。
2014-11-18 physics.plasm-ph
Determination of hybrid and direct laser acceleration dominated regimes in a 55fs laser driven plasma accelerator with ionization induced injection
利用55fs激光驱动等离子体加速器，研究了不同加速机制（直接激光加速（DLA）和尾流场）对等离子体加速的影响。在较低的电子密度，电子加速可以主要归因于DLA电离诱导注入。随着密度的增加，尾流场的作用越来越大，导致混合制度，并在密度高于自注入阈值，实验观察到的DLA和尾流场的贡献是可比的。在纯氮靶的情况下也观察到了主导DLA机制。使用EPOCH代码进行的2D PIC模拟证实了上述情况，并且还显示了表面波的产生，被认为是DLA预加速的潜在机制。
2019-08-08 physics.plasm-ph
Gyromap for a two-dimensional Hamiltonian fluid model derived from Braginskii's closure for magnetized plasmas
我们考虑了一个二维流体模型描述的等离子体通过一个恒定的，但不均匀的磁场$\mathbf{B} = B(x,y) \mathbf{\hat{z}}$。密度和涡度的动力学演化考虑了交换不稳定性和磁场不均匀性。首先，为了描述有限拉莫尔半径效应，我们应用gyromap从冷离子模型建立了一个具有离子温度的哈密顿模型。第二，我们表明，gyromap是合理的，使用Braginskii的封闭的应力张量，以及一个恰当的顺序上的波动量。
2011-03-15 physics.plasm-ph
A linear dispersion relation for the hybrid kinetic-ion/fluid-electron model of plasma physics
发展了一种适用于等离子体物理的混合模型的色散关系，它结合了完全动力学离子和无质量电子流体的描述。虽然这个模型和它的变化已经被用来描述等离子体现象约40年，到目前为止，不存在一般的色散关系来描述模型中包含的线性波物理。以前的努力沿着这些线在这里扩展到保留任意波的传播角度，温度各向异性的影响，以及在广义欧姆定律，它确定的电场的附加条款。色散关系的数值求解器的开发，和线性波物理基准对一个完整的弗拉索夫-麦克斯韦色散关系求解器的解决方案。这项工作打开了大门，更准确地解释现有的和未来的波浪和湍流模拟使用这种类型的混合模型。
2016-05-23 physics.plasm-ph
An Energy Conserving Parallel Hybrid Plasma Solver
我们研究了混合等离子体求解器在离子束测试问题上的性能。并行求解器在空间上基于单元中心有限差分，在时间上基于预测-校正蛙跳格式。在FLASH软件框架下实现。结果表明，求解器保存能量以及随着时间的推移，并行化是有效的（它表现出弱缩放）。
2010-12-02 physics.comp-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
Wave-Supported Hybrid Fast-Thermal p-$^{11}$B Fusion
如果来自聚变产生的$α$粒子的能量被引导到快质子，但是在其中大部分质子被热分布的环境中，则质子-硼$^{11}$等离子体中聚变点火的可能性大大增强。热核聚变和束-等离子体聚变的这种混合体提供了令人惊讶的巨大优势，无论是纯粹的热核聚变还是纯粹的束-等离子体聚变，它们本身都不能明显超过质子-硼$^{11}$等离子体发射的大韧致辐射。混合方案有可能减少约束时间的反应物，需要实现点火的数量级。
2022-12-02 physics.plasm-ph
Constraints on stellarator divertors from Hamiltonian mechanics
任何大型仿星器的设计都需要一个计划，以移除穿过等离子体边缘的粒子和热量。这被称为偏滤器问题，因为粒子排出物必须被导入泵室。虽然转向等离子体的物理学有许多微妙之处，但等离子体边缘和周围腔室壁之间的磁场配置是偏滤器设计的基础。这种磁位形的性质既有实际的约束，也有磁场线服从1~1/2自由度哈密顿量的数学约束。来自等离子体物理的约束也将被讨论;在仿星器偏滤器的概念设计中，它们需要与来自哈密顿力学的约束相结合。
2022-12-18 physics.plasm-ph
Hybrid PIC-fluid model for numerical simulation of laser-plasma interaction
DUSOFT LAB LLC（杜索夫特实验室有限公司）
本文提出混合PIC-流体模型，用于高效模拟激光-等离子体相互作用，结合离子动力学与电子流体模型，实现高能量密度等离子体的自洽演化。
2026-01-04 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Nonlinear theory of the modulational instability at the ion-ion hybrid frequency and collapse of ion-ion hybrid waves in two-ion plasmas
该研究针对双离子等离子体中垂直外磁场传播的二维非线性离子-离子混合波，推导含二次谐波贡献的静电势包络非线性方程，得到调制不稳定性增长率，预测了无二次谐波时的波坍缩现象，还发现计入二次谐波相互作用可形成稳定二维孤子。
2024-04-12 nlin.PS physics.plasm-ph
Exact hybrid-Vlasov equilibria for sheared plasmas with in-plane and out-of-plane magnetic field
混合Vlasov-Maxwell方程组适用于描述质子动力学尺度或更大尺度的磁化等离子体。一个精确的固定的解决方案是通过重温以前的结果与均匀密度剪切流，平行或垂直于均匀磁场，并通过适应的解决方案的混合弗拉索夫-麦克斯韦模型。通过对温度各向异性、旋向性和热通量的分析和数值研究，定量表征了平衡分布函数。在这两种情况下，在剪切区，速度分布显着偏离当地的热力学平衡。通过对混合Vlasov-麦克斯韦方程组的数值模拟，比较了通常的“类流体”平衡移动麦克斯韦解和精确定态解的时间行为.这些混合平衡态可以作为无扰状态用于许多涉及剪切流的问题，例如非均匀背景中的波传播和Kelvin-Helmholtz不稳定性的发生。
2018-03-27 physics.plasm-ph
Handling vacuum regions in a hybrid plasma solver
在混合等离子体解算器（粒子离子、流体无质量电子）中，真空区域或非常低的电荷密度可引起问题，因为电场的评估涉及按电荷密度划分。这在低密度区域中引起大的电场，其可导致数值不稳定性。在这里，我们提出了一个自洽的处理真空区域的混合求解器。真空区域可以被认为具有无限大的电阻率，在这个极限下，法拉第定律接近磁扩散方程。我们描述了一种算法，解决了这样的扩散方程的电荷密度低于阈值的区域。我们还提出了一种实现该算法的混合等离子体求解器，并应用到月球和太阳风之间的相互作用。我们还讨论了高电阻率平滑的电场在PIC求解器的实施。
2013-01-02 physics.plasm-ph physics.space-ph
Hybrid simulation of Alfvén wave parametric decay instability in a laboratory relevant plasma
大振幅阿尔文波会受到参数衰减的影响，这在空间、天体物理和聚变等离子体中会产生重要的影响。虽然阿尔文波参数衰变不稳定性在几十年前就被预测，但观测证据有限，激发了人们对实验室演示不稳定性和相关数值模拟的极大兴趣。在这里，我们报告新的混合模拟实验室相关的等离子体（基于大型等离子体设备）的阿尔文波参数衰减不稳定性，使用现实的波注入和波等离子体参数。仅考虑无碰撞阻尼，我们确定的阈值阿尔文波的振幅和频率所需的触发有界等离子体的不稳定性。这些阈值行为被简单的理论考虑所证实。对本模型中未考虑的其他效应如有限横尺度效应和离子-中性粒子碰撞效应也作了简要讨论。这些混合模拟展示了研究实验室Alfvén波动力学的有前途的工具，可以为未来参数衰变不稳定性的实验室演示提供指导。
2022-05-21 astro-ph.IM physics.plasm-ph physics.space-ph
Self-consistent kinetic simulations of lower hybrid drift instability resulting in electron current driven by fusion products in tokamak plasmas
我们提出的粒子在细胞（PIC）模拟氘等离子体中的少数高能质子，这表明了集体不稳定性负责发射附近的较低的混合频率及其谐波。模拟捕捉低混合漂移不稳定性的制度相关的托卡马克聚变等离子体，并进一步表明，激发的电磁场集体和无碰撞耦合自由能从质子到定向电子运动。这导致反平行于磁场的不对称尾部。我们专注于斜传播模式下的条件下近似的外中平面边缘在一个大型托卡马克，通过它有通过限制中心出生的融合产品香蕉轨道，有大的径向偏移。一个完全自洽的电磁相对论PIC代码表示所有的矢量场量和粒子速度在三维空间作为一个单一的空间维度的功能是用来模拟这种情况下，通过演变的初始反平行行进环束分布的3MeV质子在背景10keV麦克斯韦氘等离子体与现实的离子-电子质量比。因此，模拟展示了一个关键的建筑块α通道的情况下燃烧聚变等离子体托卡马克。
2010-10-11 physics.plasm-ph
dHybrid: a massively parallel code for hybrid simulations of space plasmas
为了对空间等离子体相互作用进行全球范围的研究，开发了一个大规模并行模拟程序\textit{dHybrid}。该代码是基于一个显式的混合模型，数值稳定性和并行可扩展性的代码进行了研究。一个稳定化方法的显式算法，近零密度的区域，提出。对太阳风与未磁化人造物体相互作用进行了三维混合模拟，重点研究了等离子体云膨胀到太阳风中，产生反磁空腔并将行星际磁场驱离膨胀区的过程。这个系统的动力学可以为其他类似的场景提供见解，例如太阳风与非磁化行星的相互作用。
2006-11-17 physics.comp-ph physics.plasm-ph
On Density Limit of Lower Hybrid Current Drive caused by Parametric Decay Instability in Tokamak Plasmas
本研究通过耦合低杂波诱发的参量衰变不稳定性饱和过程与波传播，推导了托卡马克中低杂波电流驱动的密度极限公式，证实其与实验和模拟一致，且ITER基线剖面远未达该极限，为LHCD在未来装置中的应用提供支持。
2024-11-28 physics.plasm-ph
Hybrid Stimulated Raman Scattering -- Two Plasmon Decay Instability and 3/2 Harmonic in Steep-Gradient Femtosecond Plasmas
混合受激拉曼散射-两个等离子体振子衰变不稳定性已显示在非常强的飞秒倾斜入射$p$偏振激光脉冲（强度$10^{17}-5\cdot10^{19}$ W/cm $^2$）与接近四分之一临界表面的陡梯度（$L\sim λ$）等离子体相互作用时（即在现代实验的典型条件内）对等离子体波激发和能量吸收起主导作用。等离子体激元被激发为两个波包，被限制在该表面附近，沿其法线具有非常宽的$\approx ω_0/c$空间谱。因此，3/2谐波产生的相位匹配条件立即满足，并包括来自等离子体波的高次谐波的新机制。后一种机制已被实验证明，观察一个额外的3/2谐波光束。
2020-06-29 physics.optics physics.plasm-ph
Numerical simulations of a RF-RF hybrid plasma torch with argon at atmospheric pressure
Light Technology Institute, Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院光技术研究所）
该研究通过数值模拟分析了大气压下氩气中RF-RF混合等离子火炬在不同频率和距离条件下的热力学行为及能量传输特性。
2026-01-16 physics.plasm-ph
Hybrid Vlasov-MHD models: Hamiltonian vs. non-Hamiltonian
本文研究混合动力学MHD模型，其中热等离子体（由动力学理论支配）与流体体（由MHD支配）相互作用。不同的非线性耦合方案进行了审查，包括压力耦合方案（PCS）中使用的现代混合模拟。后一种方案的缺点是非哈密尔顿的，并且不能精确地保存总能量。在采用热分量的弗拉索夫描述，非哈密顿PCS和哈密顿变量进行了比较。特别强调的是阿尔文波的线性稳定性，它表明，一个虚假的不稳定性出现在高频率的非哈密顿版本。这种不稳定性在哈密顿版本中被删除。
2014-06-12 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Hybrid simulation of a parallel collisionless shock in the Large Plasma Device
我们提出了二维混合动力学/磁流体动力学模拟计划的激光烧蚀实验中的大型等离子体装置（LAPD）。我们的研究结果，在以前的实验中已被验证的参数的基础上，表明，一个平行的无碰撞冲击可以开始在可用的空间内形成。碳碎片离子以四倍于阿尔芬速度的吹离速度沿磁场方向流动，激发出强烈的磁场波动，最终将其部分动能转移到周围的氢离子。背景等离子体的这种加速和压缩产生了冲击波阵面，它满足朗肯-雨果尼奥条件，因此可以自行传播。此外，我们分析了上游湍流，并表明它是由右手共振不稳定性。
2016-11-19 physics.plasm-ph physics.space-ph
The role of MHD in causing impurity peaking in JET Hybrid plasmas
在具有ITER类壁的JET混合等离子体操作（JET-ILW）中，发现n>1的撕裂活动可以显著提高钨杂质的轴向峰化速率，这反过来显著降低放电性能。芯n=1不稳定性可以有益于从等离子体芯去除钨杂质（例如锯齿或鱼骨），但是相反地也可以降低芯约束（特别是与同时的n=3活性组合）。本文对JET混合放电中的MHD不稳定性的性质进行了统计调查，并对不稳定性的特征进行了分析。可能的定性模型如何n>1岛可以增强轴上钨运输积累过程。
2015-10-12 physics.plasm-ph
Two-dimensional hybrid model of gradient drift instability and enhanced electron transport in a Hall thruster
建立了一个轴向-方位二维霍尔推力器放电模型，用于分析梯度漂移不稳定性（GDI）和GDI单独引起的跨场电子输运增强。对部分电离等离子体采用粒子-流体混合模型，其中假设准中性等离子体中存在无惯性电子流体。为了避免数值不稳定性，准确分析GDI的物理性质，提出了一种无振荡的电子流体模型势场求解方法。对一台1 kW级阳极层式霍尔推力器进行了数值模拟，给出了等离子体不稳定时的流场。在加速区和羽流区观察到了具有涡状结构的等离子体不稳定性。所产生的等离子体不稳定性增强了在通道出口周围的轴向方向和在羽流区域中的交叉场电子输运。证实了电子输运增强效应对网格收敛的影响，表明跨场电子输运增强是基于等离子体不稳定性的。此外，模拟结果与线性微扰分析的比较表明，模拟的等离子体不稳定性反映了GDI理论。结果表明，该混合模型可用于GDI的分析，GDI可增强霍尔推力器的跨场电子输运。
2021-06-01 physics.plasm-ph
Electron Acceleration via Lower-Hybrid Drift Instability in Astrophysical Plasmas: Dependence on Plasma Beta and Suprathermal Electron Distributions
Korea Space Weather Center（韩国空间天气中心）；Institute for Basic Science（基础科学研究院）
本研究拓展低杂漂移不稳定性（LHDI）电子加速研究至更广天体等离子体环境，通过准线性模型确定等离子体β与超热电子谱斜率的加速临界值，发现超热电子可显著提升高β等离子体中的LHDI电子加速效率。
2025-10-21 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Combining the hybrid mimetic mixed method with the Scharfetter-Gummel scheme for magnetised transport in plasmas
本文提出一种用于磁化等离子体流体模型的数值格式，结合HMM格式处理扩散与SG格式处理对流，通过静态凝聚高效实现，能有效处理磁场引起的各向异性。
2022-09-08 cs.NA math.NA physics.plasm-ph
An Implicit, Moment-Conserving Low-Rank Tensor Method for the Hybrid Kinetic-Ion Fluid-Electron Plasma Model
Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；University of Delaware（特拉华大学）
本文提出一种用于混合动理学离子-流体电子等离子体模型的隐式、矩守恒低秩张量方法，利用张量列车分解避免维度灾难，并通过改进的守恒截断保证质量、动量和能量守恒，经静电和电磁测试验证。
2026-10-07 physics.plasm-ph
Plasma Injection Schemes for Laser-Plasma Accelerators
在激光等离子体加速器中，等离子体注入方案是产生高质量电子束的关键。本文介绍了等离子体注入的一般概念。首先，介绍了等离子体波中粒子捕获和加速的哈密顿模型，在此哈密顿模型的框架下描述了电离注入和碰撞脉冲注入。然后，我们继续考虑注入等离子体密度梯度。
2017-05-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Observation of quasi-coherent density fluctuation in scrape-off layer enhancing boundary transport in high-betaN hybrid plasmas on DIII-D
本文报道了用多普勒后向散射系统在DIII-D托卡马克的刮去层（SOL）区观测到的准相干密度涨落（QCF）。在电子回旋加速器加热期间，在具有近双零偏滤器（DND）形状的高功率、高性能混合等离子体中观察到这种QCF。这种模式与陡峭的SOL密度分布相关，并导致ELMs之间的粒子和热通量显着升高。SOL QCF是一种长波长的离子尺度涨落，在等离子体框架中沿离子反磁方向传播。它的径向扩张约为1.5-2厘米，远远超过了DIII-D上热通量的典型宽度。此外，SOL QCF没有表现出任何明确的依赖于有效的SOL碰撞性，因此可能会提出问题的控制等离子体-材料的相互作用在低碰撞性等离子体中的斑点诱导的运输减少。使用BOUT++与5场简化模型进行线性模拟，并与实验观察结果进行比较。模拟结果表明，SOL密度梯度可以驱动一个类高斯密度扰动，其峰值位置和密度扰动的径向宽度与实验结果一致.
2021-03-19 physics.plasm-ph
Upper-hybrid and electron-cyclotron waves in a laboratory magnetoplasma: weak spatial dispersion and parametric effects
本文研究了冷（Te=0.5eV）、大（长1.2m，直径70 cm）、均匀的麦克斯韦实验室磁等离子体在上混合频率范围内的短波等离子体波辐射。虽然空间色散的特征参数b2= VTe 2/c2很小（b2<10-6），但等离子体电子的热运动强烈地改变了上混合等离子体波的色散特性。实际上，只有当参数范围同时满足两个不等式：wc<w<2 wc，wp<w<wuh时，才能观察到UH等离子体波的共振锥状色散。在此参数范围内，在谐振方向上的最大折射率已被发现限制在nmax~15;新的UH模式，其色散由锥形折射决定已被发现在附近的上混合谐振（w=wuh）。在w<2 wc，wp<w<wuh处的波色散不符合冷等离子体近似，而是由沿环境磁场传播的热等离子体波决定的。特别注意的是在电子回旋共振附近的波的传播特性。当两个电磁波（w1=wc，w2=wc+Dw）同时传播时，当Dw近似等于较低的混合频率时，观察到一个有趣的减小电子回旋阻尼的效应。这种效应可以用三波参量过程来解释，类似于三能级原子系统中的电磁感应透明效应。减少电子回旋阻尼作为泵波的拍频和振幅的函数被广泛研究。讨论了所观察到的效应在等离子体物理和电子学中的可能应用。
2004-10-20 physics.plasm-ph
Exact hybrid-kinetic equilibria for magnetized plasmas with shearing flows
上下文以剪切流为特征的磁化等离子体存在于许多自然环境中，例如地球的磁层顶和太阳风。所涉及的等离子体的无碰撞性质需要动力学描述。当剪切层的宽度为离子尺度时，可以采用混合Vlasov-Maxwell方法。目标。本文的目的是推导出明确的形式与平面剪切流的磁化等离子体的静态配置，在混合Vlasov-Maxwell描述。考虑两种配置：第一个具有相对于体速度倾斜定向的均匀磁场;第二个具有均匀大小的可变方向磁场。方法.通过结合粒子动力学研究得到的单粒子运动常数，得到定态离子分布函数。考虑到背景电磁场的局部近似，分析得出的分布函数的形式的初步信息。然后，建立了一个数值方法，以获得一般的轮廓的解决方案。结果显式的分布函数，发现允许获得的密度，体积速度，温度和热通量的配置文件。对分布函数中的各向异性和各向异性也进行了评价。在均匀斜磁场的情况下，检查数值模拟过程中的解决方案的平稳性。结论.所考虑的配置可以用作地球磁层顶的开尔文-亥姆霍兹不稳定性的模拟模型。
2020-10-14 physics.plasm-ph
Coupled MHD -- Hybrid Simulations of Space Plasmas
日光层等离子体需要多尺度和多物理的考虑。一方面，MHD程序被广泛应用于日地环境的全局模拟，但并不能提供对空间等离子体最精细的物理描述。另一方面，混合代码捕获重要的物理过程，例如电流和有限拉莫尔半径的影响，但它们只能在局部使用，因为可用计算资源的限制不允许它们在整个全局计算域中使用。在目前的工作中，我们提出了一个新的耦合方案，允许切换块自适应网格从流体MHD混合模拟块，而不修改自洽计算的电磁场作用于流体（在MHD模拟）或带电离子宏粒子（在混合模拟）。以这种方式，混合方案可以在不损害全局MHD代码的效率的情况下细化指定感兴趣区域中的描述。
2019-11-20 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.plasm-ph
On the Poisson brackets of hybrid plasma models with kinetic ions and massless electrons
本文研究了含动能离子和无质量电子的混合等离子体模型中反对称括号满足Jacobi恒等式的条件，证明了基于矢量势和磁场表述的括号在特定条件下构成Poisson括号，并将结果推广至含电子熵及更一般的混合模型。
2025-09-14 math-ph math.MP physics.plasm-ph
Hybrid Fourier Neural Operator-Plasma Fluid Model for Fast and Accurate Multiscale Simulations of High Power Microwave Breakdown
Group in Computational Science and HPC（计算科学与高性能计算组）；DA-IICT；Dhirubhai Ambani University（迪鲁布希阿尼大学）；Smart Energy Learning Center（智能能源学习中心）；DAU
针对高功率微波击穿多尺度仿真计算成本高的问题，提出融合傅里叶神经算子电磁求解器与等离子体流体求解器的混合模型，实现约60倍加速且精度优异，还提供了多语言仿真工具整合的可行路径。
2025-09-06 cs.AI cs.LG physics.comp-ph
Structure and structure-preserving algorithms for plasma physics
本文综述了等离子体物理的哈密顿量和作用量原理（HAP）公式，以解释结构保持的数值算法。几何结构与HAP配方和新兴的进行了讨论。这些包括保守积分，它完全保持不变，辛积分，它完全保持哈密顿几何结构，和其他哈密顿积分技术。讨论了保持非正则Hamilton结构的变分积分和Poisson积分的基本思想。本文提出了一种既保留了守恒系统的哈密顿量又保留了耗散量的亚重辛积分方法。两种模拟退火，松弛技术获得平衡态，审查：一个使用metriplectic动力学，它最大化的熵在固定的能量，另一个使用双括号动力学，它保留Casimir不变量。在整个过程中，等离子体系统的应用是强调。本文以GEMPIC的讨论作为高潮[Kraus等人，arXiv：1609.03053v1 [math.NA]（2016）]，细胞代码中的粒子，其结合了哈密顿量和几何结构保持特性。
2016-12-20 math-ph math.MP physics.comp-ph
Particle-in-cell simulation study of a lower-hybrid shock
利用粒子模拟方法研究了磁化高压等离子体在低压环境中的膨胀过程。磁场垂直于等离子体的膨胀方向，粒子之间的二元碰撞不存在。膨胀的等离子体变陡成准静电激波，由低杂波（LH）维持。双极电场指向膨胀方向，它与背景磁场一起引起电子的快速E交叉B漂移。漂移的电子改变了背景磁场，导致LH激波堆积。磁压梯度力加速了LH激波之前的环境离子，将环境等离子体和LH激波之间的相对速度降低到约为受冲击的LH波的相速度，将LH激波转化为非线性LH波。在磁化等离子体中，静电势的振荡比在其他条件相同的非磁化等离子体中具有更大的振幅和波长。漂移电子的能量损失导致LH激波比未磁化等离子体中的慢。
2016-09-12 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
A New Hybrid Scheme for Simulations of Highly Collisional RF-Driven Plasmas
这项工作描述了一种新的一维混合建模方法具有复杂的化学大气压放电。在这种方法中，电子完全动力学描述使用粒子在细胞/蒙特卡罗（PIC/MCC）计划，而重的物种内的流体描述建模。流行的漂移扩散近似的有效性进行了验证对一个“全”流体模型占离子惯性和离子以及电子的完全动力学PIC/MCC代码。流体模型需要了解动量交换频率和离子迁移率对电场的依赖性，当离子与电场平衡时。为此，构造了一个辅助Monte-Carlo方案。结果表明，漂移扩散近似可以高估离子输运在模拟RF驱动的放电与重离子物种操作在$γ$模式在大气压下或在所有的放电模拟较低的压力。这可能导致夸大的等离子体密度和漂移扩散模型提供的不正确的轮廓。因此，具有全离子流体模型的混合代码版本应该受到青睐，而不是更流行的drfit扩散模型，注意到前一个模型的建议的数值方案意味着只有一个小的额外的计算成本。
2015-08-12 physics.plasm-ph
Energy conversion in turbulent weakly-collisional plasmas: Eulerian Hybrid Vlasov-Maxwell simulations
动力学模拟的基础上的欧拉混合Vlasov-Maxwell（HVM）形式主义允许检查等离子体湍流与有用的分辨率的质子速度分布函数（VDF）。HVM模型在这里被用来研究能量的平衡，重点是导致质子动力学效应的转换通道，包括内能和温度各向异性的增长。我们表明，这种欧拉模拟方法，这是几乎无噪声，是能够提供一个准确的能量平衡的质子。结果表明，恢复的温度增长是直接相关的压力-应变相互作用的作用。此外，局部空间相关性的分析表明，压力-应变相互作用定性地与强流，高涡度结构，虽然其他地方的条款-如热通量-削弱的相关性。这些数值计算能力的基础上的欧拉方法将使更深入的研究弱碰撞弗拉索夫等离子体中的传输和转换通道。
2019-07-12 physics.plasm-ph physics.space-ph
Proton temperature-anisotropy-driven instabilities in weakly collisional plasmas: Hybrid simulations
本文用二维混合膨胀箱模拟方法研究了弱碰撞、高β等离子体中的动力学不稳定性，其中库仑碰撞模型采用Langevin方程（对应于Fokker-Planck方程）。膨胀驱动平行或垂直的温度各向异性（取决于环境磁场的取向）。对于所选择的参数的库仑碰撞是重要的驱动程序，但不足以保持系统稳定的质子温度各向异性驱动的不稳定性。在平行的温度各向异性的情况下，占主导地位的倾斜消防水带的不稳定性有效地降低了各向异性的准线性方式。在垂直温度各向异性的情况下，占主导地位的镜像不稳定性产生相干的压缩结构，散射质子和降低温度各向异性。对于这两种情况下的不稳定性产生暂时足够的波能量，使相应的（异常）输运系数占主导地位的碰撞的和他们的属性是类似的无碰撞等离子体。
2014-09-11 physics.plasm-ph physics.space-ph
