Solar wind driven electrostatic instabilities with generalized r,q distribution function
本文采用Boltzmann-Vlasov动力学模型，考虑平顶非麦克斯韦分布的电子和离子，研究了速度幂律能量尾（广义r，q分布），太阳风等离子体流驱动下的无电流静电不稳定性，即离子声不稳定性。不稳定性阈值受到影响，并取决于光谱指数r和q。发现增长率随谱指数的减小而增大。此外，还利用广义r，q分布函数讨论了三组分电子-离子-尘埃等离子体的动力学不稳定性。当太阳风在星际尘埃存在的情况下流过彗星等离子体并激发静电不稳定性时，这种情况是有趣的。在波的相速度大于和小于尘埃粒子的热速度的限制下，分析计算了尘埃声学模式的色散特性和增长率，并绘制了不同值的光谱指数。
2017-11-27 physics.plasm-ph
Thermal instability of an expanding dusty plasma with equilibrium cooling
我们提出了一个辐射诱导的不稳定性在膨胀的等离子体相当大的尘埃粒子和平衡冷却的存在下的分析。我们已经表明，平衡膨胀和冷却不稳定的辐射凝结模式和尘埃粒子的存在增强了这种效果。我们已经检查了我们的结果的背景下，电离，尘埃等离子体环境，如行星状星云（PNE）中发现的。结果表明，由于非静力平衡和有限平衡冷却，由热不稳定性形成的小尺度局域结构变为瞬态，这与观测结果一致。尘埃电荷的波动被发现在很大程度上抑制这些不稳定性，但鉴于没有令人信服的实验数据，不能作出明确的结论。
2007-06-28 physics.plasm-ph
Ubiquitous Instabilities of Dust Moving in Magnetized Gas
Squire & Hopkins（2017）表明，耦合的尘埃-气体混合物通常会受到“共振阻力不稳定性”（RDI）的影响，这会导致两者的波动剧烈增长。但是磁场和带电尘埃的作用还没有被研究过。因此，我们探讨了服从理想MHD的气体中的RDI，并通过洛伦兹力和阻力与尘埃耦合，并具有外部加速度（例如，重力、辐射）驱动尘埃漂移通过气体。我们表明，这是总是不稳定的，在所有的波长和非零值的尘埃-气体比，漂移速度，尘埃电荷，“停止时间”或阻力系数（任何阻力法），或场强，而且增长率只依赖于弱（次线性）对这些参数。尘埃电荷和磁场不能抑制不稳定性，但会产生大量新的不稳定性“家族”，每个家族都有不同的行为。的“MHD波”（磁声或阿尔芬）RDIs表现出最大的增长沿“共振”的角度，其中的模式有相速度匹配相应的MHD波，增长率增加没有限制的波数。“陀螺仪”RDI由漂移和拉莫尔频率之间的共振驱动，使生长率在特定波长处急剧上升。其他不稳定性包括“声学”和“无压力”模式（以前研究过），以及一个类似于宇宙射线不稳定性的家族，当洛伦兹力很强并且尘埃流沿着场线超阿尔文时出现。我们讨论了天体物理的应用在温暖的ISM，CGM/IGM，HII地区，SNe喷出物/遗迹，日冕，冷星风，GMC，和AGN。
2018-11-11 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Dust in the Wind with Resonant Drag Instabilities: I. The Dynamics of Dust-Driven Outflows in GMCs and HII Regions
辐射尘埃驱动的外流，其中尘埃颗粒上的辐射压力加速气体，发生在许多天体物理环境中。几乎所有以前对这些系统的数值研究都假设尘埃与气体是完全耦合的。然而，它最近已被证明，在这些系统中的灰尘是不稳定的一大类共振阻力不稳定性（RDIs），解耦的灰尘和气体动力学，并可以定性地改变这些流出的非线性结果。我们提出的第一个模拟辐射尘埃驱动的外流分层，不均匀的介质，包括明确的晶粒动力学和现实的光谱的晶粒尺寸和电荷，磁场和洛伦兹力的晶粒（显着提高RDI），库仑和爱泼斯坦阻力，并明确的辐射输运允许不同的晶粒吸收和散射特性。在本文中，我们考虑类似于巨大的分子云（GMCs），HII地区，和分布式星爆，光学深度是适度的，单散射效应占主导地位的辐射尘埃耦合，洛伦兹力占主导地位的阻力颗粒，和增长最快的RDI是相似的，如磁声和快速陀螺RDI。这些RDIs一般产生强大的大小依赖的灰尘集群，增长的时间尺度上的非线性，远远短于流出的特征时间。不稳定性产生的星云和羽状或“马头”星云的形态，是非常相似的观测到的尘埃结构在GMC和HII地区。此外，在某些情况下，它们强烈地改变相对于灯丝的磁场结构和拓扑。尽管驱动强大的微尺度灰尘结块留下一些气体，但有序单位分数的气体总是有效地被灰尘夹带。
2022-11-09 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Simulating the Diverse Instabilities of Dust in Magnetized Gas
最近，斯奎尔和霍普金斯表明，带电尘埃颗粒在任何外力（如辐射压、重力）的影响下穿过磁化气体时，都会受到一系列不稳定性的影响。质量上不同的不稳定性家族与不同的阿尔文波或磁声波和漂移或陀螺运动有关。我们提出了一套模拟探索这些不稳定性，在一个均匀的介质中的晶粒受到外部加速度。我们改变参数，如尘埃，等离子体$β$，大小比例和加速度的洛伦兹阻力的比例。研究的所有制度驱动湍流运动和尘埃到气体的波动在饱和状态，可以迅速放大磁场均分速度波动，并产生不稳定性，无限期地持续（尽管随机颗粒运动）。不同的参数产生不同的形态和性质不同的功能，在尘埃中，但饱和气体状态可以广泛地表征为各向异性磁声或Alfvenic湍流。准线性理论可以定性地预测气体湍流特性。湍流从小尺度向大尺度发展，大尺度的模式通常会驱动更剧烈的气体湍流，但尘埃速度和密度波动更为复杂。在许多情况下，尘埃形成的结构（团块、细丝、薄片）达到极端的超密度（平均值高达$\gg 10^{9}$倍），甚至在几乎不可压缩的气体中也表现出大量的子结构。在较低的尘气比下，这些可能更加突出。在其他情况下，尘埃通过磁波动自激散射，使尘埃速度各向同性并放大，产生快速扩散的尘埃运动。
2022-03-16 astro-ph.CO astro-ph.EP astro-ph.GA
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
Structural phase transitions and out-of-plane dust lattice instabilities in vertically confined plasma crystals
在一个正常的实验环境下，采用计算机程序BOXITREE模拟了限制在外部一维抛物势阱中的等离子体晶体的形成。在适当的条件下，发现晶体形成层状系统。系统的结构相变，包括不同层数和相同层数但不同层内结构的晶体之间的过渡，进行了研究，发现与以前的理论和实验研究结果一致。一至两层的过渡进行了详细的研究，并开始在该点的平面外晶格不稳定性出现。在系统的中心观察到由这种不稳定性引起的三层系统。最后，这种面外晶格不稳定性的增长率得到使用BOXITREE模拟与这些结果表明，同意从分析理论得到的。
2005-03-08 physics.gen-ph physics.plasm-ph
Numerical Study of Cosmic Ray Confinement through Dust Resonant Drag Instabilities
我们通过共振拖曳不稳定性（RDIs）研究了带电尘埃粒子约束宇宙线（CR）的可能性。我们进行磁流体动力学粒子在细胞模拟的磁化气体混合带电尘埃和宇宙射线，与陀螺半径的尘埃和GeV CR的$\sim\mathrm{AU}$尺度完全解决。作为第一项研究，我们专注于一种类型的RDI，其中带电颗粒漂移超Alfv {é}nically，与洛伦兹力强烈主导阻力。尘埃颗粒是不稳定的RDI，并形成集中的柱和片，其规模增长，直到饱和的模拟盒的大小。初始完全流动的CR强烈地被RDI激发的Alfv{é}n波散射，CR垂直速度分量的增长率等于磁场扰动的增长率。这些比率是很好的预测分析线性理论。CR最终变得各向同性，并且通过由RDI激发的单向阿尔文波至少在$\sim v_\mathrm{A}$处漂移，其中俯仰角余弦$μ$均匀分布，并且CR俯仰角扩散系数$D_{μμ}$在$μ= 0$周围具有平坦轮廓，而没有“$90$度俯仰角问题。“包括气体上的CR反馈，$D_{μμ}$减少了几个因子，表明CR散射率较低，因为CR压力对RDI的反作用增加了额外的波阻尼，导致准稳态散射率较低。我们的研究表明，在某些条件下，灰尘引起的CR约束可能非常重要，例如，围绕类星体或超亮星系的尘埃环绕星系的介质。
2022-04-22 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Particulate Contamination Within Fusion Devices and Complex (Dusty) Plasmas
在过去的十年中，尘埃颗粒污染越来越成为聚变研究界关注的一个领域。在国际热核聚变实验反应堆（ITER）这样的燃烧等离子体机器设计中，灰尘污染给诊断集成带来了问题，并可能导致氚安全问题。另外，由于ITER的设计，由于灰尘/壁的相互作用以及由这种颗粒在等离子体内产生的可能的不稳定性，预计这种灰尘污染问题将变得更加令人担忧。由于这种尘埃的动力学一般可以解释采用的离子阻力，库仑力和离子鞘前漂移的组合，最近的研究在复杂的（尘埃）等离子体物理往往提供了独特的见解，这一研究领域。本文将讨论如何在GEC射频参考电池的灰尘和等离子体参数的实验观测可能被用来诊断条件聚变反应堆内，希望提供深入了解可能的机制灰尘检测和清除的可能性。
2007-07-24 physics.plasm-ph
Effect of Dust Grain Sputtering on Self-Gravitational Dusty Plasmas
结果表明，在无限大、非磁化、均匀的尘埃等离子体中，由于粒子被吸引的离子溅射而引起的粒子质量涨落可能是一种新的不稳定性的根源。在两个等离子体模型的框架中确定生长速率，即，冷的和电子耗尽的等离子体，以及其中电子和离子取玻尔兹曼的等离子体。这种不稳定性可能会影响牛仔裤以及团聚不稳定性。
2005-10-23 physics.plasm-ph physics.space-ph
Transport and trapping of dust particles in a potential well created by inductively coupled diffused plasma
设计了一个多功能线性尘埃（复合）等离子体装置，用于研究大体积中尘埃粒子的输运和动力学行为。扩散电感耦合等离子体是在氩气的背景下产生的。提出了一种新的通过次级直流辉光放电将尘埃粒子引入主等离子体的方法。发现这些灰尘颗粒被捕获在静电势阱中，该静电势阱是由于扩散等离子体引起的双极电场和真空室的带电玻璃壁产生的场的组合而形成的。通过调节等离子体参数和放电参数，可以根据要求精确控制尘埃云的体积。本装置可用于解决尘埃颗粒、自激尘埃声波和不稳定性的传输背后的基本物理。本文介绍了该装置的详细设计、等离子体的产生和表征、尘埃粒子的捕获和传输以及一些初步的实验结果。
2016-04-12 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
Ion wake induced mode coupling in a horizontal chain in complex plasmas
实验研究了复杂等离子体中形成的水平尘埃链的离子尾流诱导模耦合，验证了以前的模拟结果。在模谱中检测到一个微弱的双支谱线，验证了垂直z（j=i $\pm$ 1）模与纵模x（i）模耦合的规律。观察到离散的不稳定性的分支的x-和z-模式彼此相交。不稳定性附近的模式谱在特定的耦合x和z模式下表现出增强的能量密度，作为这些不稳定性是由耦合模式之间的谐振引起的直接证据。通过对瞬时相对粒子间距涨落（IDF）的分析，发现不稳定性诱导的熔化阈值符合Lindemann判据。通过将模谱与k空间中的傅里叶级数和简正模本征向量的基相乘，进一步研究了模谱与色散关系之间的关系。典型的色散关系对应的纵向和平面外的横向尘埃晶格波（DLW），这也表现出独特的有限系统的特性，包括离散带和强烈的波动的能量密度。
2020-08-03 physics.plasm-ph
Electron-drift driven ion-acoustic mode in a dusty plasma with collisional effects
本文研究了尘埃等离子体中离子声波的不稳定性。在理论适用的情况下，这些制度都有明确的规定。预测了驱动不稳定性所需的临界电子漂移速度。它还表明，电子热导率和带电的晶粒浓度增强的离子声学模式的增长，而离子粘度，离子热导率，和灰尘电荷波动有稳定的效果。
2000-03-12 physics.plasm-ph physics.space-ph
Solar Wind Penetration into Dusty Magnetospheres creates Electrostatic Waves and Structures
National Centre for Physics（巴基斯坦物理中心）；Institute of Space Technology（空间技术研究所）；Pakistan Academy of Sciences（巴基斯坦科学院）；National University of Sciences and Technology（国立科学与技术大学）
研究太阳风穿透尘埃磁层产生低频静电波和非线性结构的机制及预测其频率范围
2025-12-03 physics.plasm-ph
Fractional Laplacian Spectral Approach to Turbulence in a Dusty Plasma Monolayer
这项工作提出了一个分析调查的异常扩散和湍流在尘埃等离子体单层，跨尺度的能量传输导致自发形成的空间无序图案。10,000粒子尘埃等离子体单层的多体模拟被用来演示如何全球动力学依赖于现实的实验室条件下的尘埃组件的统计特性。我们发现，由于尘埃尺寸分布的变化和电荷驱动的非局域相互作用导致异常尘埃扩散的无序是不稳定性发生的关键因素。由此产生的动力学表现出惯性湍流的特点，在稍多于五个十年的规模成比例或小于德拜屏蔽长度。这些过程进行分析研究，使用最近开发的分数拉普拉斯光谱（FLS）技术，它确定了活跃的能量通道作为一个功能的规模，无序浓度，和功能的非局部相互作用。从理论（光谱）分析的预测表明协议的结果从多体（动力学）模拟，从而提供了一个强大的工具，主动湍流的研究。
2021-06-15 physics.plasm-ph
Dusty Plasma Experimental (DPEx) device for complex plasma experiments with flow
介绍了一种用于研究复杂等离子体中线性和非线性波/结构的流动诱导激发的多功能桌面尘埃等离子体实验装置。在这种{ $Π$ }形装置中，通过在中性气体{（氩气）}的背景中施加高电压DC，在盘形阳极和接地的长阴极{托盘}之间产生DC辉光放电等离子体，随后通过引入在鞘层区域中被充电和悬浮的微米尺寸的灰尘颗粒来产生灰尘等离子体。通过调节泵送速度和进入装置的气体流速，以受控的方式诱导灰尘颗粒的流动。一个完整的等离子体的特性，使用朗缪尔和发射探针数据，和尘埃等离子体使用粒子跟踪数据的帮助下，基于IDL（超级）粒子识别和跟踪（SPIT）代码的报告。给出了粉尘流速随中性压力和气体流量变化的实验结果。{The作用在颗粒上的中性拖曳力和Epstein系数由颗粒的初始加速度估计。潜在的实验能力的设备进行流动诱导不稳定性的基础研究进行了讨论。
2015-08-17 physics.plasm-ph
Phase transition of three-dimensional finite-sized charged dust clusters in a plasma environment
本文通过分子动力学模拟研究等离子体中三维有限尺寸带电尘埃团簇，发现其在临界磁场下发生从无序到有序的一级相变，并在强耦合与强磁场下振动模式冻结、仅保留旋转运动。
2023-05-29 cond-mat.stat-mech physics.plasm-ph
Parametric instabilities in magnetized multicomponent plasmas
本文研究了磁化双离子或尘埃等离子体中各种自然模的激发。通过参数地泵浦磁场来提供激励。这里允许两种离子类物质完全移动。这推广了我们以前的工作，其中第二重粒子被认为是静止的。它们从背景中性等离子体中收集电荷，改变了泵浦和激发波的色散特性。引入一个额外的移动物种会给这两种类型的波增加额外的模式。我们首先详细研究了背景磁场垂直于泵浦波传播方向的情况下的泵浦波。然后，我们推导出色散方程的泵的激发波平行于背景磁场传播的模式。计算结果表明，共存在12种共振相互作用，并对它们的不同增长率进行了讨论。
2006-01-25 physics.plasm-ph
Thermal conductivity of strongly coupled Yukawa fluids
本文应用一个具有软相互作用的液体热传导振动模型来估计强耦合汤川流体的热传导系数。观察到一个合理的协议与现有的数据从数值模拟。当汤川（或屏蔽库仑）相互作用势适用时，这些结果在强耦合等离子体和复杂（尘埃）等离子体流体的背景下是有用的。
2021-10-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.class-ph
