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
On collisions driven negative energy waves and Weibel instability of a relativistic electron beam in a quasi-neutral plasma
提出了一个新的描述强流相对论束流通过电阻等离子体的韦伯不稳定性的准中性模型。它把电子束看作是运动的粒子，而周围的等离子体则看作是非相对论性的流体。对于有限温度梁，识别出一类新的负能量磁声波，它可以具有负能量。它们的增长，由于碰撞耗散在冷返回电流不稳定的束等离子体系统，即使是高的束温度。我们进行详细的二维和三维粒子在细胞（PIC）模拟的热束和碰撞等离子体。结果表明，在三维空间中，韦伯不稳定性仍然存在，即使是物理碰撞的背景等离子体。异常等离子体电阻率则是由双流不稳定性引起的。
2008-09-02 physics.plasm-ph
Weibel instability on weakly relativistic produced plasma by circular polarization microwave electric field
研究了圆极化微波电场产生弱相对论等离子体的过程。电子分布函数得到这种产生的等离子体，并表明它是非平衡和各向异性。结果表明，产生的等离子体沿传播方向加速，微波电场。该方向上的电子速度强烈地依赖于电离过程中的电子起源相位和微波电场相位及其幅度。得到了该等离子体的介电张量，并研究了该等离子体的韦伯不稳定性。
2004-07-30 physics.plasm-ph
Radiation Pressure Driven Ion Weibel Instability and Collisionless Shocks
来自逆流等离子体流的韦伯不稳定性是天体物理中与无碰撞激波形成密切相关的基本过程。在这封信中，我们调查，通过二维和三维模拟，合适的配置的实验室调查的离子韦伯不稳定性（IWI）驱动的快速准中性等离子体流发射到目标通过辐射压力的超高强度（UHI）激光脉冲（“钻孔”过程）。在斜入射的S-偏振光的使用被认为是驱动IWI的最佳配置，因为它防止了在垂直入射时观察到的表面波纹的发展，这将导致强电子加热并有利于竞争不稳定性。IWI演变成无碰撞冲击的条件进行了研究。
2017-08-11 physics.plasm-ph
Interplay between the Weibel instability and the Biermann battery in realistic laser-solid interactions
一种新的设置允许的韦伯不稳定性和它的相互作用与比尔曼电池探测激光驱动的无碰撞等离子体。用从头算粒子模拟方法研究了短脉冲（$ \le ps$）强$(a_0 \ge 1)$激光脉冲与过密等离子体靶的相互作用，结果表明，在脉冲激光作用下，可观察到韦伯产生的磁场。只要梯度尺度长度比局部电子惯性长度大得多，这种场强就超过了通常在实验中占主导地位的比尔曼电池的场强;这可以通过在靶的前面仔细设置适当的梯度来实现，例如通过调谐主激光脉冲和预脉冲之间的延迟。
2019-07-24 physics.plasm-ph
Is the Weibel instability enhanced by the suprathermal populations, or not?
由于空间中普遍存在各向异性等离子体结构，韦伯型动力学不稳定性目前在各种天体物理学场景中被调用。韦伯不稳定性由温度各向异性驱动，温度各向异性通常由双轴分布函数（例如双麦克斯韦分布函数或广义双卡帕分布函数）建模。以前的研究仅限于双Kappa分布，并发现这种不稳定性在超热尾的存在下抑制。在本文中，它表明，韦伯增长率是相当更敏感的各向异性分布函数的形状。为了说明这种不稳定性的区别性质，引入了\emph{product-bi-Kappa distribution}，其优点是这种分布函数使得能够在两个方向上使用不同的谱指数值$κ_{\parallel} \ne κ_{\perp}$。的增长率和不稳定性阈值推导和对比与简单的双Kappa和双麦克斯韦。因此，虽然在饱和时达到的最大增长率被发现是更高的，阈值大幅降低，使各向异性产品双卡帕（小卡帕）非常容易受到韦伯不稳定性。这种效应也可能引起温度或温度各向异性的问题，似乎不是这种不稳定性的自由能的唯一来源，这些概念的定义，这种卡帕分布可能必须重新考虑。
2010-04-15 physics.plasm-ph
Mapping the self-generated magnetic fields due to thermal Weibel instability
在空间和实验室等离子体中，具有温度各向异性的韦伯型不稳定性都能自发产生和放大磁场。电子韦伯不稳定性通常被证明比其离子对应物更难测量，因为电子的惯性小得多，导致更快的生长速率和更小的特征波长。在这里，我们探讨了由于电子韦伯不稳定性的磁场分量和电流密度的二维分布的演变，在$\rm CO_2$电离的氢气（等离子体）与皮秒分辨率使用相对论电子束。我们发现，波数谱的磁场最初是广泛的，但最终收缩到一个狭窄的频谱占主导地位的准单模。测得的$k$ -解决增长率的不稳定性验证动力学理论。同时，微观等离子体电流的自组织被观察到放大电流调制幅度，其将等离子体热能的高达$\sim 1\%$转换成磁能。
2022-04-08 physics.plasm-ph
The effects of collisions on the generation and suppression of temperature anisotropies and the Weibel instability
膨胀的等离子体与非平行的温度和密度梯度，并通过Biermann电池产生磁场的建模使用粒子在细胞模拟，包括碰撞效应，通过蒙特卡罗方法。的碰撞程度的缩放表明，可以产生的各向异性，驱动的韦伯不稳定性，梯度尺度短于平均自由程。对于较大的碰撞率，比尔曼电池占主导地位的磁场产生的原因。当能量最大的粒子保持无碰撞时，能斯特效应会导致比尔曼场被热通量拖曳，堆积并增强。
2020-04-28 physics.plasm-ph
Observation of electromagnetic filamentary structures produced by the Weibel instability in laser-driven plasmas
本文介绍了用中等强度的$\sim 2 \times 10^{14}$ W/cm $^2$，$\sim1$ ns激光产生的膨胀高能量密度（HED）等离子体中电子尺度结构的实验观察。观察到的结构具有与电子驱动的韦伯不稳定性一致的波长（$\sim 150-220 μm$）和生长速率（$\sim 0.4-1.0$ ns $^{-1}$），其中电子分布的各向异性小，即$A\sim 0.002$。这种不稳定性被认为是一个更好的匹配所观察到的现象比其他典型的场产生机制中发现的HED等离子体，包括逆流离子韦伯和磁热不稳定性。这些观察实验表明，第一次，电子韦伯不稳定性必须被认为是与其他磁场的产生和放大机制，在扩大烧蚀等离子体，这是无处不在的HED研究。它们还提供了物理学的洞察力，在大规模天体物理等离子体中产生磁场。此外，磁功率谱的检查表明，在低于电子拉莫尔半径的尺度上，可能与分析陀螺动力学预测$|B_k|^2\propto k^{-16/3}$匹配。
2022-09-06 physics.plasm-ph
Numerical study of Weibel instability driven by anisotropic electron temperature in collisionless plasmas
本研究针对无碰撞等离子体中电子温度各向异性驱动的Weibel不稳定性开展数值模拟，对比全动理学与离子动理-电子十矩流体的混合模型，验证了流体方法在大尺度系统中模拟该不稳定性的可行性。
2023-05-05 physics.plasm-ph
Energy principle for 2D electromagnetic, relativistic, interpenetrating, counter streaming plasma flows
相对论性电子束在等离子体中传播时，在系统中感应出一个返回电流。这种逆流的正向和返回电流的系统容易受到许多不稳定性的影响，其中韦伯仍然是使系统不稳定的主要模式。韦伯不稳定性已被广泛研究，在模拟，实验，以及，分析使用流体和动力学处理。一个纯粹的增长模式，如韦伯不稳定性也可以理解，通过使用守恒定理和能量原理分析。已经使用能量原理分析研究了光束等离子体系统中的静电不稳定性（与Weibel不稳定性类似的双流不稳定性）[Lashmore-Davies 2007]。本文对束流等离子体系统中二维韦伯不稳定性的守恒定理进行了详细的解析描述。
2017-07-10 physics.plasm-ph
Electron Beam Weibel Instability in the Collisionless Shock with Low Mach Number
采用粒子模拟方法研究了静电无碰撞激波中电子束的韦伯不稳定性。当非相对论入射等离子体与冷的稀等离子体碰撞时，在界面附近形成静电激波。在此基础上，由于韦伯不稳定性的存在，形成了一个附加的面外磁场。结果表明，入射热电子的各向异性不足以触发韦伯不稳定性。在稀等离子体中，冷电子激发了韦伯不稳定性。稀等离子体中的电子在被冲击电场加速到相对论速度后，具有相当大的各向异性，可以触发韦伯不稳定性
2022-02-09 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
Electron Weibel instability induced magnetic fields in optical-field ionized plasmas
等离子体中磁场的产生和放大是等离子体物理和空间物理的一个长期研究课题。电子韦伯不稳定性是一个众所周知的机制，负责自生磁场在等离子体与温度各向异性，并已被广泛研究，在理论和模拟，但这种不稳定性的实验验证一直具有挑战性。最近，我们展示了一个新的实验平台，使控制初始化的高度非热和/或各向异性等离子体电子速度分布通过光场电离。利用直线加速器的外电子束团探测器，首次测量了电子韦伯不稳定性引起的自生磁场的起始、饱和和衰减。本文首先介绍了钛宝石激光脉冲（0.8 $μm$）产生的非相对论等离子体中韦伯磁场的时间分辨测量的实验结果，然后讨论了利用强$\rm CO_2$（例如，9.2 $μm$）激光器来产生更热的等离子体。
2022-04-08 physics.plasm-ph
Saturation Level of Ion Weibel Instability and Isotropization Length Scale in Electron-Ion Weibel-Mediated Shocks
本研究通过理论和粒子模拟，揭示电子物理决定离子韦伯不稳定性产生的磁场饱和水平，并建立各向同性化长度模型，发现电子加热对超相对论激波形成至关重要，而典型星际介质中的非相对论激波并非纯韦伯介导。
2024-05-01 astro-ph.HE 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
Ion Channel Dynamics in Temperature-Dependent Weibel Instability Saturation
Sikkim University（锡金大学）；Netaji Subhas University of Technology（内塔吉·苏巴斯技术大学）
研究温度依赖的Weibel不稳定性饱和中的离子通道动力学，通过1X2V连续Vlasov-Maxwell模拟揭示离子通道合并对磁能和磁结构的影响，以及电子与离子热平衡差异的物理机制。
2026-04-25 physics.plasm-ph
Thermal Weibel instability induced magnetic fields co-exist with linear wakes in laser-ionized plasmas
本文通过模拟与实验证明激光电离等离子体中自调制尾波与魏贝尔不稳定性感应磁场可时空共存，并初步评估了该磁场对外部注入束横向发射度增长的影响。
2024-02-21 physics.plasm-ph
The generation of magnetic fields by the Biermann battery and the interplay with the Weibel instability
本文研究了在温度和密度梯度不一致的等离子体膨胀气泡中产生的磁场（驱动比尔曼电池机制）。对于梯度尺度$L$，只要$L$与离子惯性长度$d_i$相当，则通过Biermann电池机制与等离子体$β\sim 1$产生大尺度磁场。对于更大的系统尺寸，$L/d_e > 100$（其中$d_e$是电子惯性长度），韦伯不稳定性产生类似大小的磁场，但波数为$k d_e \sim 0.2$。在这两种情况下，这些领域的增长和饱和度有一个弱的依赖于质量比$m_i/m_e$，表明电子介导的物理。在$m_i/m_e = 2000$进行系统尺寸扫描，结果与之前使用$m_i/m_e = 25$的结果一致。此外，发现在大系统尺寸的不稳定性定量证明是韦伯不稳定性。此外，在低于电子拉莫尔半径的尺度下的磁能谱和电能谱被发现表现出幂律行为，谱指数分别为$-16/3$和$-7/3$。
2016-05-05 physics.plasm-ph
Weibel instability drives large magnetic field generation in laser-driven single plume ablation
利用第一性原理动力学模拟方法研究了激光驱动箔和黑腔等离子体中膨胀烧蚀等离子体产生磁场的过程。除了比尔曼电池产生的磁场，强大的辅助磁丝被发现生长在电晕的单个膨胀等离子体羽流;观察到这种丝占主导地位的比尔曼领域在足够大的焦点半径，达到饱和值的$\sim$ 100 T在国家点火设施一样的驱动条件。丝状场是由烧蚀离子和稀疏背景种群之间的相对逆流驱动的离子韦伯不稳定性引起的，这可能是空腔或激光预脉冲中预填充气体的结果。离子-韦伯不稳定性是强大的，包括碰撞和增长的时间尺度为100 ps，波长的规模为100-250 $μ$ m，在广泛的背景人口密度;不稳定性也引起相干密度振荡。这些结果是特别感兴趣的惯性约束聚变实验，在这种领域和密度扰动可以修改热传输以及激光传播和吸收。
2019-12-23 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
Counter-Streaming Beams in Collisionless Pair Plasma Instability Systems III: Collisionless Heating, Acceleration, and Radiation
University of Kansas（堪萨斯大学）
本文研究无碰撞对等离子体中韦伯不稳定性形成的大电流丝合并的能量转换与动力学效应，并探讨相关辐射过程与抖动及同步辐射的联系。
2025-10-24 physics.plasm-ph
Electron Weibel Instability in Relativistic Counter-Streaming Plasmas with Flow-Aligned External Magnetic Fields
研究了两个对称逆流相对论电子等离子体在恒定均匀的外磁场中驱动的韦伯不稳定性，也称为电流驱动不稳定性.线性和非线性阶段的不稳定性进行了研究，使用分析建模和粒子在细胞（PIC）模拟。虽然以前的研究已经描述了磁场的稳定效果，我们在这里表明，饱和阶段只受到微弱的影响。在相对论冷流体框架下，考虑单个不稳定模，详细讨论了导致饱和的不同机制。外场的应用导致大波长的饱和水平略有增加，而它不影响小波长。多模和温度效应进行了研究。虽然在大的温度下的饱和水平是独立的外部磁场，在小的，但有限的温度下，在外部磁场的存在下，不同的模式之间的竞争导致相对于未磁化的情况下较低的饱和水平。
2016-12-12 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
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
Weibel Instabilities in Dense Quantum Plasmas
研究了非磁化等离子体中韦伯不稳定性的量子效应。我们的分析表明，量子效应倾向于稳定流体动力学区域中的韦伯不稳定性，而它在动力学区域中产生新的振荡不稳定性。揭示了一种与朗道阻尼相关的新效应--量子阻尼.新的量子韦伯不稳定性可能是负责在紧凑的天体物理物体以及在即将到来的强激光固体密度等离子体实验的非稳态磁场的产生。
2007-12-18 astro-ph physics.plasm-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
Electron inertia and quasi-neutrality in the Weibel instability
虽然电子动力学效应是众所周知的是在几种情况下的根本重要性，电子平均流惯性往往被忽略时，电子趋肤深度以下的长度尺度变得无关紧要。这导致了不同的简化模型的制定，其中电子惯性项被丢弃，同时保留部分或全部动力学效应。在考虑一般的全轨道粒子轨迹，本文比较了从这样的模型出现的情况下的韦伯不稳定性的色散关系。因此，在动力学处理中如何忽略电子趋肤深度以下的长度尺度的问题成为一个未解决的问题，因为所有当前的理论都存在不同性质的缺陷。或者，我们讨论完全动力学理论，消除所有这些缺点，限制到远低于离子和电子的等离子体频率的频率。通过放弃在以前的工作中出现的长度尺度的限制，这些模型得到的假设准中性的全Maxwell-Vlasov系统。
2017-04-06 physics.plasm-ph
The Weibel Instability inside the Electron-Positron Harris Sheet
最近的电子-正电子重联的全粒子模拟表明，韦伯不稳定性在控制电流层的动力学和维持快速重联中起着积极的作用。一个四束模型的发展，探讨不稳定性的发展在一个狭窄的电流层特性的重联。问题归结为两个耦合的二阶微分方程，其增长的本征模通过渐近近似和有限差分方法得到。全粒子模拟证实了线性理论，并有助于探索非线性发展的不稳定性。重联流出射流中的电流层加宽与高速流动粒子在韦伯产生的平面外磁场中的散射有关。
2009-01-29 physics.plasm-ph physics.space-ph
Weibel instability-mediated collisionless shocks in laser-irradiated dense plasmas:Prevailing role of the electrons in the turbulence generation
本文采用粒子模拟方法研究了超高强度激光脉冲驱动下稠密等离子体中无碰撞湍流激波的产生。从线性分析中，我们强调了激光加热和返回电流电子在触发强烈的韦伯不稳定性中的关键作用，从而产生能够各向同性靶离子的磁湍流。
2015-02-03 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Macroscopic description for a quantum plasma micro-instability: the quantum Weibel solution
在量子等离子体的情况下的韦伯不稳定性处理通过流体（时刻）的方法。宏观方程的量子修改，然后确定为第一类或第二类的影响。第一类量子效应对应于色散项，类似于等离子体量子流体力学方程中的玻姆势。第二类效应是由于载流子的费米统计，并可能成为强简并的主要影响。宏观色散关系比经典的韦伯不稳定性的高阶。这对应于截止波数的存在，即使对于强温度各向异性的情况下。
2008-01-25 physics.gen-ph physics.plasm-ph
Single-Species Weibel Instability of Radiationless Plasma
在Darwin近似下，采用粒子模拟方法对稀疏等离子体中的电子韦伯不稳定性进行了数值模拟。结果，我们能够补充经典的不稳定性图像，特别是获得基本特征的依赖性（发展的时间和最大场能量）的热各向异性参数，追踪伴随着不稳定性的非线性阶段的电流细丝的动态重组，并详细追踪电子分量的初始各向异性的演变。等离子体
2010-06-28 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Evolution of three-dimensional Relativistic Ion Weibel Instability: Competition with Kink Instability
在本文中，我们报告了我们最近的相对论韦伯不稳定性和它的非线性饱和进行数值模拟的无碰撞等离子体的发现。分析所得到的数值结果表明，韦伯不稳定性的非线性阶段可以描述的特征相的基础上的粒子和阿尔文极限电流的韦伯细丝的电流密度。基于能量原理分析了磁流体动力学（MHD）区的相对论性扭结不稳定性，发现在高达1000 $ω_{p,i}^{-1}$的磁流体动力学区，韦伯细丝不发生相对论性扭结不稳定性.这一发现使得相对论性韦伯不稳定性能够维持磁场，这种不稳定性足以成为MHD发电机的种子。
2019-04-15 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.HE
Magnetic field generation by the Weibel instability at temperature gradients in collisionless plasmas
韦伯不稳定性可能是各种物体产生磁场的原因，例如伽马射线暴、活动星系核的喷流和星系团。利用数值模拟，在温度梯度下的韦伯不稳定性的发展进行了研究。研究发现，在梯度方向上首先产生电流片，然后电流片被圆整并转变为电流丝。在这个过程中，在灯丝周围产生回流，阻止灯丝合并。细丝周围的磁场至少持续到t~8000/ω_p，其中ω_p是等离子体频率，它们很可能存活更长的时间。
2006-10-30 astro-ph physics.plasm-ph
Weibel-instability-mediated collisionless shocks in laboratory with ultraintense lasers
采用\emph{ab initio}多维粒子模拟方法，研究了实验室中强激光作用下非相对论性无碰撞激波的形成。微观物理背后的冲击形成和耗散，以及详细的冲击结构进行了分析，说明了韦伯不稳定性在产生强的次均质磁场，各向同性的传入流，并导致形成一个无碰撞的冲击，类似于发生在天体物理的情况下，起着至关重要的作用。在实验室中产生这种无碰撞冲击的可能性为直接研究与天体物理冲击有关的物理开辟了道路。
2012-04-26 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Electron Weibel instability and~quasi-magnetostatic structures in~an~expanding collisionless plasma
本研究针对膨胀无碰撞等离子体中的电子Weibel型不稳定性，结合不同外磁场、热电子注入形式及背景等离子体条件，通过粒子模拟揭示电流结构演化规律，可为实验室和空间等离子体的电流成丝及磁湍流问题研究提供支撑。
2023-12-09 physics.plasm-ph
Quasi-nonlinear approach to the Weibel instability
天体物理学和高能量密度实验室等离子体通常具有由各种动力学流或各向异性驱动的不稳定性激发的大振幅，亚拉莫尔尺度的电磁波动。韦伯不稳定性是特别重要的，因为它可以迅速产生强磁场，即使在没有种子场的情况下。粒子在具有这种小尺度磁场的无碰撞等离子体中传播时，会发生类似于库仑碰撞的随机偏转，磁俯仰角扩散系数代表有效的“碰撞”频率。我们发现，这种效果的等离子体的“准碰撞”可以强烈影响的增长率和发展的韦伯不稳定性的深度非线性制度。这一结果对于理解伽马射线暴或超新星的无碰撞激波上游区域中宇宙射线驱动的湍流特别重要。我们证明，在上游产生的领域所造成的准碰撞抑制不稳定性略有下降，但永远不能完全关闭它。这证实了无碰撞前震自相似模型中的假设。
2017-05-09 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
Weibel Instabilities in a Completely Degenerate Electron Fermi Gas
研究了简并费米等离子体中的韦伯不稳定性。我们揭示了一种新的量子韦伯不稳定性。特别地，发现了一种新的振荡型韦伯不稳定性，并得到了它的增长率.我们揭示了量子简并电子气中的横向零声，这在经典的考虑中是没有对应的。
2008-04-07 astro-ph gr-qc physics.plasm-ph
Magnetic Field Saturation of the Ion Weibel Instability in Interpenetrating Relativistic Plasmas
用从头算粒子模拟方法研究了离子Alfvén电流下的韦伯不稳定性随时间的演化和饱和。结果表明，当磁场能量维持在初始束流动能的1.5%时，三维空间中的离子韦伯电流可以演化为阿尔文电流.电流丝在饱和时不再是孤立的，而是相互连接形成网络结构。电子在细丝的聚结过程中被持续加热，这对于获得比2D模拟强得多的持续磁场至关重要。结果再次强调了在实验室、天体物理学和宇宙学的情况下，韦伯不稳定性在产生磁场方面的重要性。
2018-05-18 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.ins-det
Detailed Analysis of Filamentary Structure in the Weibel Instability
我们提出了一个2D 3V动力学Vlasov模拟的韦伯不稳定性的结果。动力学Vlasov模拟使我们能够研究稀等离子体的速度分布，其中粒子之间的碰撞的影响可以忽略不计，并且具有计算的速度分布的精度不依赖于物理空间中每个点处的等离子体密度的优点。我们成功地再现了其他模拟中所显示的韦伯不稳定性的一些特征，如指数增长相、磁场强度饱和、非线性结构的形成以及细丝的合并等。特别地，我们着重研究了在磁场强度饱和后的丝的行为，发现在并合之前存在一种准平衡态。此外，还发现2D 3V Vlasov-Maxwell系统定态的解析解能再现准平衡态的一些主要特征，如磁场的位形和各点的速度分布.该解析表达式可以给出一个合理的模型，过渡层的碰撞激波的强磁场产生的韦伯不稳定性提供了一个有效的耗散过程，而不是粒子之间的碰撞。
2009-01-28 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Observation of magnetic field generation via the Weibel instability in interpenetrating plasma flows
等离子体流中的强磁场可以产生无碰撞冲击，因此在许多天体物理系统中很常见。韦伯不稳定性是产生足够强的场以产生无碰撞激波的一种候选机制。尽管韦伯不稳定性在天体物理系统中扮演着重要的角色，但在实验中观测韦伯不稳定性产生的磁场一直是一个挑战。使用质子探针直接成像电磁场，我们提出的证据，韦伯产生的磁场，生长在相反的，最初未磁化的等离子体流从激光驱动的实验室实验。三维粒子模拟表明，不稳定性有效地从等离子体流中提取能量，并且自生的磁能达到系统总能量的百分之几。这一结果表明，该实验平台适合于调查广泛的天体物理现象，包括超新星遗迹中无碰撞激波的形成、大规模磁场放大和伽马射线暴的辐射特征。
2015-03-19 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Weibel instability in relativistic asymmetric electron positron plasma
我们考虑了相对论强电磁波与各向同性电子正电子等离子体相互作用的情况，即，我们考虑强度高达1021 W/cm ~ 2的短脉冲激光，其中光子密度为1030 cm ~ 3量级，电场强度E = 10^9 statvolt/cm。这种情况在天体物理和实验室等离子体中是可能的，这些等离子体受到强激光辐射，从而导致非热平衡场辐射。超强激光辐射与各向同性对等离子体的这种相互作用导致低频电磁EM波的产生，特别是准稳态磁场的产生。相对论性圆偏振横电磁波沿z轴传播时，产生有质动力，影响粒子沿其传播方向的运动。另一方面，粒子在传播方向上的运动由有质动力势定义。此外，色散关系的横向电磁波使用一个特殊的分布函数，它具有各向异性的形式，推导出，随后研究了一些特殊情况。在一般情况下，它示出的EM波的增长率强烈地依赖于它的强度。
2018-04-26 physics.plasm-ph
PIC Simulations of the Temperature Anisotropy-Driven Weibel Instability: Analyzing the perpendicular mode
用二维粒子模拟方法研究了单电子热各向异性驱动的不稳定性。这种不稳定性是一个考虑的韦伯和它不同的光束驱动的平行不稳定性。模拟结果与解析理论的比较提供了类似的指数增长率的磁场在线性增长阶段的不稳定性。我们观察到，按照以前的作品的增长电场在饱和阶段的不稳定性。这个电场的某些分量不能用线性化理论来解释。基于单流体的理论被用来确定这种非线性电场的来源。它表明，磁应力张量，在一维几何形状中消失，是更重要的，在这个2维模型在这里使用。电场增大到一定幅度，对电子产生的力与磁场相当。模拟平面中每个磁场分量的峰值能量密度与先前的估计一致。涡电流的发展，这使得第三磁场分量的幅度增长，这在一维模拟中没有观察到。
2010-06-15 astro-ph.HE 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
Mach Number Dependence of Ion-scale Kinetic Instability at Collisionless Perpendicular Shock: Condition for Weibel-dominated Shock
本文采用线性理论和非线性粒子模拟方法研究了无碰撞激波下离子尺度动力学等离子体不稳定性。我们专注于阿尔文离子回旋（AIC），镜子，和韦伯不稳定性，这都是驱动不稳定的有效温度各向异性诱导的冲击反射离子在过渡层内的严格垂直冲击。我们进行线性色散分析与均匀等离子体模型来模拟激波过渡层，采用环形分布与有限的热扩散来代表反射离子的速度分布。我们发现，对于平行于环境磁场的波传播，在较低的阿尔文马赫数的AIC不稳定性倾向于过渡到韦伯不稳定性在较高的阿尔文马赫数。然而，不稳定性也强烈地受到声马赫数的影响。我们的结论是，在阿尔文和声音马赫数都超过$\sim 20{\rm -}40$的强激波的不稳定性可以被认为是韦伯的意义上，反射离子的行为基本上未磁化。二维PIC模拟证实了线性理论，并发现，与典型的年轻超新星遗迹冲击参数，环分布模型产生的背景磁场，这是小于以前的PIC模拟中观察到的韦伯为主的冲击的顺序的磁波动。这表明，回旋反射离子分布的假设可能不足以定量预测高马赫数冲击的动力学的非线性行为。
2021-07-06 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-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
Physics of Weibel-mediated relativistic collisionless shocks
我们发展了一个全面的理论模型的相对论性无碰撞对冲击介导的电流的双折射不稳定性。我们显着的非惯性框架中，这种不稳定性是一个主要的磁性的特点，并描述在微观层面上的减速和加热的传入的背景等离子体通过其碰撞与电磁湍流的相互作用。我们的模型比较大规模的2D3V PIC模拟，并提供了一个重要的试金石等离子体系统的现象。
2019-07-25 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Magnetic field amplification by the Weibel instability at planetary and astrophysical high-Mach-number shocks
无碰撞冲击在宇宙中普遍存在，并且通常与强磁场有关。在这里，我们使用大规模的粒子模拟的非相对论性的垂直冲击在高马赫数制度，以研究内的磁场的冲击放大。由于离子-离子双流的韦伯不稳定性，在激波转变处磁场被放大。归一化的磁场强度与Alfvénic马赫数密切相关。来自PIC模拟的模拟航天器测量结果与卡西尼号航天器在土星弓形激波处原位测量的结果完全一致。
2021-02-08 astro-ph.EP astro-ph.HE physics.comp-ph
Ion Weibel Instability in the hybrid framework: the optimal resolution
Columbia University（哥伦比亚大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；The University of Tokyo（东京大学）
研究等离子体混合框架中离子韦贝尔不稳定性在弱磁化区域的最优分辨率要求及验证方法，通过混合模拟和全粒子-细胞模拟对比，揭示了离子尺度不稳定性对韦贝尔磁场增长和饱和的影响。
2026-07-29 astro-ph.HE 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
Particles trajectories in Weibel magnetic filaments with a flow-aligned magnetic field
为了形成韦伯激波，两个等离子体壳层必须碰撞并触发韦伯不稳定性。在饱和时，这种不稳定性在重叠区域中产生具有峰值场$B_f$的磁丝。在没有外部引导磁场的情况下，如果这些细丝的尺寸大于峰值场中入射粒子的拉莫尔半径，则它们可以阻挡入射流，从而引发激波形成。在这里，我们表明，这一结果仍然保持在外部磁场$B_0$的存在下，只要它不是太高。然而，对于$B_0 \gtrsim B_f/2$，无论粒子的初始速度如何，细丝都无法阻止任何粒子。
2016-07-25 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Change of a Weibel-type to an Alfvénic shock in pair plasma by upstream waves
我们研究与粒子在细胞（PIC）模拟如何对等离子体中的平行冲击上游波，这是由逃逸的下游粒子驱动的反应。最初，在二维模拟中，激波是由磁致伸缩（梁-韦伯）不稳定性维持的。逃逸粒子驱动静电束流不稳定性上游。这些波对上游等离子体的修改几乎不影响激波。随着时间的推移，逃逸粒子的密度降低和温度升高会淬灭束流的不稳定性。沿磁场方向的热能大于垂直于磁场方向的热能会使对阿尔文模式不稳定。在上游等离子体的静止坐标系中，增长的成对阿尔文波的群速度低于激波的群速度，激波赶上波。在二维模拟中，积累的成对Alfvén波逐渐将激波从韦伯型激波变为初始条件下马赫数约为6的Alfvénic激波。
2020-05-26 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Explosive growth of large-scale magnetic fluctuations due to particle scattering on developed small-scale Weibel turbulence in magnetoactive plasma
本文构建了磁活性等离子体中大尺度磁湍流非线性产生的解析理论，发现粒子在已发展的Weibel湍流小尺度涨落上的散射引发的异常碰撞会导致长波谐波的超指数爆炸型不稳定性增长，并解析求得磁场增长规律与临界时间。
2025-04-27 astro-ph.SR physics.plasm-ph
