Collision operator for electron runaway in cold weakly-ionized plasmas
本研究针对冷弱电离等离子体中Dreicer机制的非扩散特性，提出结合Fokker-Planck算符与Boltzmann算符的碰撞算符，可精确描述非扩散电子动力学，助力无逃逸托卡马克启动设计。
2025-09-03 physics.plasm-ph
Ion response in a weakly ionized plasma with ion flow
本文研究了直流电场驱动离子流的弱电离等离子体中离子对初始扰动的响应。分析是通过将经典的Landau工作[J. Phys.（USSR）10，25（1946）]推广到包括离子-中性碰撞和直流电场的离子动力学方程来进行的。我们特别指出，离子波的复频率可以直接从离子磁化率的已知表达式中找到[Phys. Rev. E 71，016405（2005）; Phys. Rep. 27，997（2001）];这在其原始推导中并不明显，因为它只旨在描述实频率的离子响应。
2012-03-05 physics.plasm-ph
Inelastic collisions facilitating runaway electron generation in weakly-ionized plasmas
本文揭示了 tokamak 启动期间非弹性碰撞的非微分性质在弱电离等离子体逃逸电子产生中的关键作用，指出使用 Fokker-Planck 碰撞算子会显著低估 Dreicer 生成率。
2024-04-24 physics.plasm-ph
Bounds on the Mobility of Electrons in Weakly Ionized Plasmas
我们得到精确的上限和下限的稳态漂移速度，和动能的电子，驱动的外场在弱电离等离子体（群近似）。假设散射是弹性的，简化了碰撞截面的速度依赖性。当领域是大的边界是彼此接近，并从传统的近似玻尔兹曼方程，其中一个保持只有前两个条款的勒让德扩展的结果。的界限严格证明，它是可能的，以增加电子迁移率通过添加适当选择的散射体的系统所预测的Druyvesteyn近似和实验中发现的。
1998-09-08 physics.plasm-ph
The viscosity of charged particles in the weakly ionized plasma with power-law distributions
利用玻尔兹曼输运方程和流体力学运动方程研究了q分布为幂律分布的弱电离等离子体中轻带电粒子的粘性。非平衡等离子体被认为是空间不均匀的，没有磁场。导出了q分布等离子体中电子和离子的粘性系数的表达式，分别包括第一和第二粘性系数。结果表明，这些新的粘性系数强烈地依赖于q参数，当我们把q的限制为1时，它们完美地返回到具有麦克斯韦分布的等离子体中。本文的讨论也适用于具有κ分布的等离子体。
2018-07-11 physics.plasm-ph
Three species one-dimensional kinetic model for weakly ionized plasmas
本文提出了一个空间均匀的弱电离等离子体在时变电场作用下的三组分一维动力学模型。假设为平面几何，这意味着等离子体动力学在电场的优先方向上演化。由于碰撞和影响等离子体动力学，传输到电荷的能量被引导到中性粒子。电荷-电荷相互作用被设计为一维碰撞项，等效于用于完全电离等离子体的朗道算子。电荷中性碰撞模型的保守漂移扩散算子的Doughertys形式。得到的一组耦合漂移扩散方程的稳定和鲁棒的离散积分方法求解。这种方法的可行性占非线性效应，而不呼吁线性化或简化，提供保守的物理意义的解决方案。据发现，电荷中性碰撞施加显着的效果，因为一个完全不同的等离子体动力学出现相比，碰撞的限制。此外，在系统演化的实质性差异被发现为常数和温度依赖的碰撞频率的情况下。
2016-01-28 physics.plasm-ph
Moment fluid equations for ions in weakly-ionized plasma
提出了一种新的弱电离等离子体中离子的一维流体模型。该模型在两个方面不同于现有的模型。首先，提出了流体方程中碰撞项的更精确近似。为此目的，使用的离子群实验的Monte-Carlo动力学模型得到的结果被认为是。其次，考虑了离子能量方程。使用离子速度分布函数的一个简单模型的流体方程被关闭。流体模型的准确性进行了检查，通过与粒子在细胞/蒙特卡罗模拟的结果进行比较。特别是，几个测试问题被认为是使用电容耦合射频放电的平行板模型。结果表明，使用所提出的流体模型得到的结果是在很宽的范围内的放电条件下从模拟得到的那些很好的一致性。本文还讨论了离子速度分布函数的近似形式。
2016-12-01 physics.plasm-ph
Generation of Electrojets in Weakly Ionized Plasmas through a Collisional Dynamo
被称为电射流的强电流发生在弱电离的磁化等离子体中。一个例子发生在地球磁赤道附近的电离层，中性风驱动等离子体穿过地磁场。类似的过程发生在太阳色球层和MHD发电机。这封信认为，并不是所有的对流中性流产生电射流，并介绍了相应的电射流形成的通用标准，$\nabla\times (\vec{U}\times\vec{B})\neq\partial\vec{B}/\partial t$，其中$\vec{U}$是中性流的速度，$\vec{B}$是磁场，和$t$是时间。该判据不依赖于电导率张量$\hatσ$。对于许多系统，位移电流$\partial\vec{B}/\partial t$可以忽略不计，这使得判据更加简单。该理论还表明，在毕奥-萨伐尔定律中，产生电射流的中性发电机驱动器与直流电流在产生磁场方面起着相同的作用。
2016-04-27 physics.plasm-ph
The collision frequency of electron-neutral-particle in the weakly ionized plasma with the power-law velocity distribution
研究了速度q分布为幂律的弱电离等离子体中电子与中性粒子的碰撞频率，导出了平均碰撞频率的表达式。我们发现q分布等离子体中的平均碰撞频率也强烈地依赖于q参数，因此通常不同于麦克斯韦分布等离子体中的平均碰撞频率，从而修正了先前研究的具有幂律速度分布的弱电离等离子体的输运系数。
2020-03-24 cond-mat.stat-mech physics.plasm-ph
The diffusion of charged particles in the weakly ionized plasma with power-law kappa-distributions
本文研究了无磁场、具有幂律κ分布的弱电离等离子体中带电粒子的扩散。电子和离子具有不同的kappa参数。得到了等离子体中电子和离子的扩散系数和迁移率系数的表达式。我们发现，这些新的输运系数公式强烈依赖于幂律分布等离子体中的卡帕参数。当我们认为kappa无限大时，这些公式在具有麦克斯韦分布的弱电离等离子体中简化为经典形式。
2020-02-03 cond-mat.stat-mech physics.plasm-ph
Effect of magnetic field on viscosity in the weakly ionized and magnetized plasma with power-law q-distributions in nonextensive statiostics
利用非广延统计中的广义Boltzmann输运方程，研究了磁场对具有幂律q分布的弱电离磁化等离子体中带电粒子粘性的影响.我们推导了复杂等离子体中电子和离子的六个粘滞系数，其中包括磁场引入的四个粘滞系数，其中q参数和磁场都起着重要的作用。通过数值分析，我们发现这些粘滞系数强烈地依赖于弱电离磁化等离子体的磁场和q参数，因此在低温复杂等离子体中具有潜在的应用价值。
2019-06-13 cond-mat.stat-mech physics.plasm-ph
Diffusion and heat conductivity in the weakly ionized plasma with power-law q-distributions in nonextensive statistics
本文研究了无磁场和非广延统计下幂律q分布的弱电离等离子体中带电粒子的扩散和热导率。电子和离子具有不同的q参数和温度。导出了等离子体中电子和离子的扩散、热扩散、热导率和热电系数的新表达式。结果表明，这些输运系数显着依赖于幂律q分布等离子体中的q参数，因此，他们有不同的属性从传统的统计与麦克斯韦分布。
2019-03-18 cond-mat.stat-mech physics.plasm-ph
The collision frequency of electron-neutral-particle in the weakly ionized plasmas with Non-Maxwellian velocity distributions
研究了非麦克斯韦速度分布的弱电离复杂等离子体中电子与中性粒子的碰撞频率。精确地导出了等离子体中电子与中性粒子的平均碰撞频率。我们发现这些碰撞频率与非麦克斯韦分布函数的幂律谱指数有很大的关系，因此它们通常不同于具有麦克斯韦速度分布的等离子体中的碰撞频率，这将影响等离子体中带电粒子的输运性质.数值分析表明谱指数对平均碰撞频率的影响。
2021-08-29 cond-mat.stat-mech physics.plasm-ph
Heat conductivity and Dufour effects in the weakly ionized, magnetized and kappa-distributed plasma
利用广义Boltzmann输运方程和Chapman-Enskog展开式对κ分布函数的一级近似，研究了弱电离磁化等离子体的热导率和Dufour效应.结果表明，在kappa分布等离子体中，导热系数和Dufour系数与Maxell分布等离子体中的导热系数和Dufour系数有很大不同，且kappa分布等离子体中的横向导热系数和Dufour系数一般都大于Maxwell分布等离子体中的横向导热系数和Dufour系数，κ分布等离子体中的Righi-Leduc系数和Hall-Dufour系数也普遍大于Maxwell分布等离子体。
2020-03-05 cond-mat.stat-mech physics.plasm-ph
Kinetics of a Model Weakly Ionized Plasma in the Presence of Multiple Equilibria
我们研究，全球性的时间，速度分布$f(v,t)$的空间均匀的系统，模型的电子系统中的弱电离等离子体，受到恒定的外部电场$E$。密度$f$满足玻尔兹曼型动力学方程，该动力学方程包含完全非线性电子-电子碰撞项以及表示与具有特定麦克斯韦分布的储库粒子的碰撞的线性项。我们表明，当常数在前面的非线性碰撞内核，认为作为一个标度参数，是足够强的，那么$f$和一定的时间依赖麦克斯韦之间的$L^1$距离保持小均匀$t$。此外，这个时间依赖性麦克斯韦的平均值和方差满足一组耦合的非线性常微分方程，构成了这个动力学系统的“流体动力学”方程。即使当这些常微分方程有非唯一的平衡点时，这仍然是正确的，从而证明了完整动力学模型的多个稳定稳定解的存在性。我们的方法依赖于尺度独立的动力学方程的估计，和熵产生的估计。这种方法的新颖之处可能是有用的其他问题的动力学和流体动力学之间的关系的尺度globably在时间上。
1997-06-18 physics.plasm-ph
Effect of magnetic field on transports of charged particles in the weakly ionized plasma with power-law q-distributions in nonextensive statistics
利用非广延统计中的广义Boltzmann输运方程，研究了在磁场作用下具有幂律q分布的弱电离等离子体中带电粒子的扩散通量和热通量的输运性质.导出了在磁场作用下q分布等离子体中电子和离子的扩散系数、热扩散系数、迁移率和热导率的张量表达式。结果表明，扩散系数、热扩散系数和热导率的张量都强烈依赖于非广延统计中的q参数，因此它们与具有Maxwell分布的磁化等离子体中的张量不同.
2020-03-05 cond-mat.stat-mech physics.plasm-ph
Efficiency of MHD Wave Generation in Weakly Ionized Atmospheres
该研究针对弱电离大气中双流体等离子体的MHD波产生效率问题，通过十维谱分析发现激发效率依赖初始流差模式能量分配，电荷速度激发低效而磁场扰动激发高效，并给出高碰撞频率区的解析本征解。
2023-06-14 astro-ph.SR physics.plasm-ph
One dimensional high-order moment models with realistic collisions for nonequilibrium ion transport in weakly ionized plasmas
Laboratoire de Physique des Plasmas, Centre National de la Recherche Scientifique, Sorbonne Université, École polytechnique, Institut Polytechnique de Paris（等离子体物理实验室，法国国家科学研究中心，索邦大学，巴黎综合理工学院，巴黎理工学院）
本文针对弱电离等离子体中非平衡离子输运问题，提出含真实碰撞的一维高阶矩模型，对比不同矩模型，推导解析碰撞源项，验证后发现六矩模型可高保真捕捉强非平衡离子动力学，计算成本低。
2026-07-30 physics.plasm-ph
Turbulent dynamo in a weakly ionized medium
小尺度湍流发电机是宇宙磁化的重要过程。在部分电离的天体物理等离子体中，磁能的发电机增长强烈地依赖于离子和中性粒子之间的耦合状态以及离子-中性粒子碰撞阻尼效应。Xu\& Lazarian（2016）在理论上预测了弱电离介质中湍流发电机的新阻尼阶段。通过对双流体发电机进行三维数值模拟，首次从数值上确定了发电机阻尼阶段的物理条件和磁场强度随时间线性增长的规律。电机放大的磁场具有作为阻尼尺度的特征长度，该特征长度随时间增加，并且在给定足够低的电离分数和弱的初始磁场的情况下，在大约8个最大涡流翻转时间之后可以达到湍流的注入尺度。由于中性粒子和离子之间的弱耦合，中性粒子携带的大部分湍流能量不能转化为磁能，导致发电机末端的磁场相对较弱。这一结果对部分电离星际介质中磁场的增长和银河系宇宙射线的激波加速有重要意义。
2019-01-09 astro-ph.GA physics.plasm-ph
Multi-Physics Mathematical Model for Weakly-Ionized Plasma Flows
本研究构建了适用于低磁雷诺数弱电离等离子体的多物理场通用数学模型，提出三种大霍尔参数下的电场数值解法，开发了等离子体电学属性子模型与氩气碰撞截面解析式，可为等离子体直接发电求解器构建提供支撑。
2024-10-29 physics.plasm-ph
On the accuracy of the Debye shielding
在等离子体物理中，德拜屏蔽的表达式通常是在假设等离子体粒子之间是弱耦合的，因此它们的动能远大于它们之间的势能，并且等离子体粒子的速度分布是麦克斯韦分布的情况下导出的。第一个假设还建立了等离子体参数ND，即具有德拜半径的球体内的粒子数应大于1，并决定了弱耦合和强耦合等离子体之间的差异。在这样的假设下，泊松方程可以线性化，并得到一个简单的解析表达式的静电势。然而，教科书很少讨论这种近似的准确性。在这项工作中，我们比较线性化的解决方案与精确的，数值计算得到的，并表明，线性化，低估了精确的解决方案，是相当不错的，甚至ND ~ 40。当粒子数很小时，或到试探电荷的距离过短时，我们给出了确定近似极限的定量判据。
2016-12-29 physics.class-ph physics.plasm-ph
Multi-fluid simulations of chromospheric magnetic reconnection in a weakly ionized reacting plasma
本文首次对弱电离反应等离子体中色球磁重联进行了自洽多流体模拟。我们模拟了Harris电流片中的二维磁重联，数值模型包括离子-中性散射碰撞、电离、复合、光学薄辐射损耗、碰撞加热和热传导。在由此产生的撕裂模式重联中，中性流体和离子流体从重联位点的上游解耦，在重联区域中产生过量的离子，因此产生电离不平衡。在重联区的离子复合，结合Alfvénic流出，快速地从重联位点移除离子，导致快速重联速率独立于Lundquist数。除了允许快速重联，我们发现，这些非平衡的部分电离效应导致的非线性二次撕裂不稳定性的发病在较低的Lundquist数的值比已经发现在完全电离plasma.These模拟提供的证据表明，磁重联在色球可能是负责喷射状的瞬态现象，如针状和色球射流。
2012-10-05 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Non-Perturbative Solutions to the Vlasov-Boltzmann Equation for Weakly Ionized Plasmas
针对低温等离子体 EEDF 经典模型失效问题，通过重正化群技术推导 Vlasov-Boltzmann 方程的非微扰解，预测了不同极限下的 EEDF 形式，为等离子体自组织提供热力学基础并解释了实验数据坍缩现象。
2025-07-07 physics.plasm-ph
Magnetic reconnection in partially ionized plasmas
磁重联在完全电离等离子体中得到了广泛的研究。然而，在天体物理环境中，等离子体往往是部分电离的。中性粒子与电离等离子体之间的相互作用可能会强烈影响重联机制。本文从理论、数值、观测和实验四个方面综述了不同环境下部分电离等离子体中的磁重联。我们着重于机制，使磁重联足够快的观测比较，特别是在低太阳大气中的重联事件。本文还讨论了部分电离低层太阳大气重联过程的加热机制和有关观测证据。我们描述了弱电离天体物理环境中的磁重联，包括星际介质和原恒星盘。介绍了部分电离等离子体快速重联实验的最新研究成果。
2020-03-30 physics.plasm-ph
Mechanism for the efficient homogeneous nucleation of ice in a weakly-ionized, ultra-cold plasma
提出了在冷的弱电离等离子体中快速观察到的冰尘均匀成核依赖于快电子撞击水分子形成氢氧化物（OH $^-$）。由于水分子的高偶极矩，这些OH $^{-}$离子吸引中性水分子，因此形成（OH）$^{-}$（H $_{2}$ O）$_{n}$形式的水合物。水合物在寒冷的环境中不断生长，成为宏观的冰粒。这些冰粒由于电子撞击而带负电，因此继续吸引水分子。因为氢氧化物是负离子，与正离子不同，它不会因与等离子体电子碰撞而遭受复合损失。与正离子的电离是最小的，因为正离子数量很少（弱电离），并且由于与冷背景气体处于热平衡而移动缓慢。
2022-07-30 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Can electrostatic stresses affect charged water structures in weakly ionized plasmas?
本文通过解析模型、分子动力学模拟和量子力学计算，研究静电应力对弱电离等离子体中纳米级带电水颗粒形状的影响，发现静电应力可使小尺寸球形颗粒拉长为椭球形，并揭示了表面张力、电子结合力及导电行为随尺度和时间的变化规律。
2025-05-09 physics.plasm-ph
Asymmetric Magnetic Reconnection in Weakly Ionized Chromospheric Plasmas
太阳色球层中磁重联的现实模型必须考虑到等离子体是部分电离的，并且在任何两个经历重联的磁通量束内的等离子体条件可能不相同。当新出现的通量与先前存在的上覆通量相互作用时，色球层中可能发生不对称重联。我们提出了2.5D模拟弱电离的非对称重联，反应等离子体的磁场强度，离子和中性密度，温度是不同的，在每个上游区域。等离子体和中性成分分别演化，以允许非平衡电离。在以前的色球重联模拟中，电流片变薄到中性离子平均自由程的尺度，离子和中性流出强烈耦合。然而，离子和中性流入是不对称解耦的。在磁不对称的情况下，中性粒子从弱场（高密度）上游区域穿过电流片进入强场上游区域的净流动是由中性压力梯度引起的。因此，与外流一起拖曳的中性粒子更有可能来自弱场区域。霍尔效应导致发展的特征四极磁场修改的不对称性，但X点的几何形状预期在霍尔重联不会发生。所有的模拟显示了初始层流阶段后的等离子体团的发展。
2015-04-06 astro-ph.SR physics.plasm-ph
The electron cyclotron maser instability in laser-ionized plasmas
该研究揭示圆偏振激光电离的等离子体可形成易触发电子回旋脉泽不稳定性的长寿命环形弱相对论动量分布，结合理论与模拟验证现有激光技术可实现相关可控探测，为极端天体环境下的相干辐射过程提供实验依据。
2024-12-09 physics.plasm-ph
Magnetic Reconnection in a Weakly Ionized Plasma
部分电离等离子体中的磁重联是一种普遍存在的现象，从实验室到星系际尺度，但它仍然知之甚少，研究相对较少。在这里，我们提出了一个自洽的多流体模拟的磁重联在弱电离反应等离子体的太阳色球层的参数制度的一个特别关注的结果。数值模型包括碰撞输运，相互作用和反应的物种，光学薄辐射损失。该模型通过考虑实际的色球输运系数，并通过求解考虑有限离子惯性和电子中性阻力的广义欧姆定律，改进了我们在Leake等人2012 \cite{Leake2012}中的先前工作。我们发现，在二维重联的哈里斯电流片的初始宽度大于中性离子碰撞耦合尺度，电流片变薄，直到它的宽度变得小于这个耦合尺度，和中性和离子流体解耦上游的重联网站。在这个过程中的解耦，我们观察到的重连速度比单流体的斯威特-帕克预测，重组和等离子体流出都发挥了作用，在确定重连率。当电流片进一步变薄和拉长时，它变得不稳定到次级撕裂不稳定性，并看到等离子体团。在这个模拟中观察到的重联率，外流和等离子体团提供的证据表明，磁重联在色球可能是负责喷流一样的瞬态现象，如针状和色球射流。
2013-02-14 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Propagation of waves in weakly ionized two-fluid plasmas. II. Nonlinear Alfvénic waves
Universitat de les Illes Balears（巴利阿里群岛大学）；Institut d’Aplicacions Computacionals de Codi Comunitari (IAC3)（社区代码计算应用研究所）
采用双流体模型研究霍尔电流和离子-中性粒子弹性碰撞对弱电离等离子体中线性/圆极化横波传播的影响，推导阻尼和加热率的解析表达式，并通过数值模拟揭示非线性密度扰动和整体流与有质动力及离子-中性相互作用能量耗散的关系。
2026-05-28 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Propagation of waves in weakly ionized two-fluid plasmas. I. Small-amplitude Alfvénic waves
本文建立含电荷-中性粒子碰撞与霍尔电流的弱电离双流体模型，推导沿磁场传播的小振幅阿尔文波色散关系，揭示频率、偏振及磁能/动能分配对阻尼的影响。
2025-02-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Simulation of Weakly Ionized Hypersonic Flows with Reactive Species Weighting Scheme in the Direct Simulation Monte Carlo Method
Nagoya University（名古屋大学）
本研究将保守物种加权方案扩展至DSMC反应流，通过分裂-合并与概率方法处理不同权重粒子，在OREX飞行条件下验证了宏观流场，并准确预测了电子数密度与通信黑障起始。
2026-10-07 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Ultrashort filaments of light in weakly-ionized, optically-transparent media
现代激光源现在提供持续时间达到几个周期的超短光脉冲，超过焦耳水平的高能量和超过几太瓦（TW）的峰值功率。当这种脉冲通过光学透明介质传播时，它们首先在空间中自聚焦并增强强度，直到它们通过光电离产生稀薄的等离子体。对于自由电子密度和低于其击穿极限的束强度，这些脉冲演变为自我引导的对象，从克尔聚焦过程，介质的色散和电子等离子体的散焦作用之间的连续平衡。十年前发现的这种自沟道机制揭示了一种新的物理学，广泛扩展了非线性光学的前沿。其意义包括TW光束在大气中的长距离传输，超连续谱发射，脉冲缩短以及高次谐波产生。本文综述了近10多年来该领域的重大进展。特别强调的是奠定了理论建模的传播方程，其物理成分进行了讨论，从数值模拟。飞秒脉冲在气态或凝聚态材料中传播的差异被强调。还注意到了多重散射的不稳定性，广泛的，强大的光束，打破了小规模的细胞沿光路的能量分布，在恶劣的天气，他们的大锥形发射利用多污染物遥感，非线性光谱，并在空气中引导放电的可能性，最终解决的基础上的实验结果。
2006-12-06 physics.optics physics.plasm-ph
Microphysical Regulation of Non-Ideal MHD in Weakly-Ionized Systems: Does the Hall Effect Matter?
本研究证明弱电离系统中磁场梯度过陡会使非理想MHD失效，提出修正因子方案恢复物理行为，并表明霍尔效应在多数条件下不具动力学重要性。
2025-09-22 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Ab initio quantum-statistical approach to kinetic theory of low-temperature dilute gases of hydrogen-like atoms
本文发展了一种微观方法来构造稀弱电离类氢原子气体的动力学理论。该方法是基于第二量子化方法的框架中存在的束缚态的粒子和方法减少描述的松弛过程。在这种方法中，我们发展了一阶微扰理论的弱相互作用的动力学方程组的维格纳分布函数的自由费米子的两种类型和它们的束缚态，氢原子。结果表明，低温近似条件、气体非简并性条件和弱相互作用近似条件是符合实际的，在很宽的温度和密度范围内都能满足.我们得到了确定类氢原子在所描述的平衡态附近的弱电离气体中的频率和波衰减系数的色散方程。在二能级原子近似下，系统中存在物质极化的纵波和具有等离激元行为特征的横波。对于所检测到的振荡的所有分支的频率和朗道阻尼系数对波矢量的依赖关系的表达式，得到。本文以Na-23原子的弱电离稀气体为例，给出了系统中元微扰特性的定量估计。利用该理论的结果来描述在稀弱电离气体中的类氢原子的光子玻色凝聚体的性质的可能性被注意到，其推广的方向进行了讨论。
2016-12-07 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech physics.plasm-ph
Unified fluid-model theory of $\mathbf{E}\times\mathbf{B}$ instabilities in low-ionized collisional plasmas with arbitrarily magnetized multi-species ions
本文发展了一个统一的线性理论的局部交叉场等离子体不稳定性，如Farley-Buneman，电子热，离子热不稳定性，在碰撞等离子体与完全或部分非磁化的多物种离子。低电离、高耗散、弱磁化等离子体中的碰撞等离子体不稳定性在低地球电离层中起着重要作用，并且可能在其他行星电离层、恒星大气、彗星尾、分子云、吸积盘等中具有重要意义。碰撞等离子体不稳定性的宏观效应可能导致显著的加热，最初从光谱观测和相关建模中提出的效果。基于一个简化的五阶矩多流体模型，理论分析得到了热-Farley-Buneman组合不稳定性（TFBI）的一般线性色散关系。重要的极限情况进行了详细分析。分析表明，该模型的可接受的适用性的过程中的研究。与更精确的动力学模拟相比，流体模型模拟通常需要更少的计算机资源，因此，这种碰撞等离子体不稳定性线性理论方法的明显成功，使得使用最初为太阳和行星大气的大尺度建模而开发的全球流体代码来研究TFBI（及其可能的宏观效应）成为可能。
2023-01-30 physics.plasm-ph
Temperature equilibration in a fully ionized plasma: electron-ion mass ratio effects
Brown，Preston，and Singleton（BPS）对弱耦合到中等耦合等离子体的能量交换过程进行了解析计算：电子-离子温度平衡速率和带电粒子阻止本领。这些精确的计算是准确的领先和下一个领先的等离子体耦合参数的顺序，并在等离子体内的两体量子散射的所有订单。经典分子动力学可以提供另一种可以严格实施的方法。因此，比较这两种方法的预测是有用的，特别是因为前者是基于理论的，而后者是基于数值的。达成一致意见将使人们对我们的理论机制和计算机模拟的可靠性充满信心。这种比较可以在纯粹的经典体系中进行，从而避免了与构造有效势来模拟量子效应相关的任意性。我们在这里提出的经典极限的一般结果的温度平衡速率在BPS。我们检验了BPS中使用的m_electron/m_ion --> 0限制的有效性，以获得对本底等离子体中长距离集体效应的一个非常简单的分析评价。
2009-06-25 physics.plasm-ph
Small-scale turbulent dynamo in astrophysical environments: nonlinear dynamo and dynamo in a partially ionized plasma
小尺度湍流发电机负责放大磁场的尺度小于驱动尺度的湍流在不同的天体物理介质。大多数早期的发电机理论关注的是运动机制和小尺度磁场放大。本文综述了我们在部分电离等离子体非线性发电机和发电机区理论发展方面的最新进展。证明了引力收缩过程中磁场重联扩散对非线性发电机和磁场放大的重要性。对于部分电离等离子体中的发电机，中性粒子和离子之间的耦合状态以及离子-中性粒子碰撞阻尼对发电机的行为和产生的磁场结构有重要影响。我们提出了我们的分析预测和数值试验与双流体发电机模拟发电机功能在这个政权。此外，为了说明天体物理学的影响，我们讨论了几个例子的发电机理论的应用研究磁场演化的震前和震后地区的超新星遗迹，在弱磁化的分子云，在（原始）恒星形成，并在第一个星系形成。
2021-06-23 astro-ph.GA physics.plasm-ph
Ionized Plasma and Neutral Gas Coupling in the Sun's Chromosphere and Earth's Ionosphere/Thermosphere
我们回顾我们的理解电离等离子体和中性气体耦合在弱电离，分层，电磁渗透区域的太阳的色球层和地球的电离层/热层。使用代表性的模型，为每个环境中，我们得到的基本描述的组成部分相互耦合和电场和磁场，我们检查的电离组件的磁化强度的变化。利用这些描述，我们比较了两种环境中的相关现象，并讨论了电流，能量转移和耗散。我们提出了一个耦合的等离子体不稳定性的理论和数值研究，在这两个环境中，作为一个例子，如何色球层和电离层社区可以进一步合作。我们还建议未来的合作研究，这将有助于提高我们对这两种不同大气的理解，这两种大气有许多相似之处，但在关键数量上存在很大差异。
2016-08-29 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
High-Energy Radiation and Pair Production by Coulomb Processes in Particle-In-Cell Simulations
我们提出了一个Monte Carlo实现的韧致辐射，贝特-海特勒和库仑三叉戟过程的粒子在细胞（PIC）模拟框架。为了解决光子和电子-正电子对的产生在广泛的物理条件下，我们推导出轫致辐射和Bethe-Heitler截面考虑屏蔽效应在任意电离等离子体。我们的计算是基于一个简单的模型，原子库仑势，描述屏蔽由于束缚电子，自由电子和离子。然后，我们描述了一个适合加权PIC等离子体模拟的成对粒子相互作用算法，我们进行了几个验证测试。最后，我们对高能电子输运过程中光子和电子对的产生进行了参数化研究。与J. Myatt等人[Phys.Rev.E76，066409（2009）]的零维模型相比，我们的集成一维模拟精确指出了等离子体膨胀导致的电子能量损失的重要性。
2019-07-05 physics.plasm-ph
Phase mixing of propagating Alfv{é}n waves in a single-fluid partially ionized solar plasma
本研究针对太阳大气加热问题，采用单流体近似研究部分电离等离子体中Alfvén波的相位混合阻尼，发现部分电离下阻尼长度更短，特定电离度范围的波可提供足够加热平衡宁静太阳色球辐射损失。
2023-11-06 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Cross-sections for neutral atoms and molecules collisions with charged spherical nanoparticle
本文给出了中性原子/分子与带电纳米粒子碰撞的截面，带电纳米粒子是偶极势的来源。估计了轨道极限运动（OLM）近似的精度。结果表明，在OLM近似下得到的原子/分子和热通量的简单解析公式，误差不超过15%，适用于纳米粒子和弱电离等离子体参数的所有合理范围。
2016-10-07 physics.plasm-ph
Charge exchange in fluid description of partially ionized plasmas
讨论了电荷交换对弱电离等离子体中波传播的影响。结果表明，对于低频过程，离子和中性粒子应被视为一个单一的流体与一些有效的电荷，他们所有。我们导出了一个新的动量方程，它应该在这样的环境中使用。因此，即使粒子没有被磁化，低频磁波也可以传播，这完全是由于电荷交换以及不可能将粒子分为带电和中性两种不同的粒子群。因此，在通常意义上，离子和中性粒子之间不可能存在摩擦力。每个粒子的平均力与电离比$n_i/(n_i+ n_n)$成比例。关于该理论在太阳低层大气中阿尔芬波传播的应用，结果预测，当阿尔芬波从粒子未磁化的区域（光球层）传播到粒子磁化的区域（色球层）时，流体的位移平面必须改变90度。由于我们在这里得到了最精确的截面，所以可以非常精确地确定阿尔芬波发生这种旋转的高度。
2015-11-03 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Onset of secondary instabilities and plasma heating during magnetic reconnection in strongly magnetized regions of the low solar atmosphere
在一个2.5维多流体等离子体中性反应模型中，数值研究了太阳低层大气（距太阳表面约$300-800$ ~km）弱电离等离子体中不同空间尺度和不同高度的磁重联.我们考虑了强磁化等离子体（$β\sim 6\% $）从无力的磁位形演化而来，并被扰动以初始化重联电流片的形成。在大尺度上，观察到产生的电流片进行二次“等离子体团”不稳定性。一系列不同尺度下的模拟结果显示了一个级联电流片形成过程，该过程终止于宽度约为2 m，长度为$\sim100$ ~m的电流片，对应于临界电流片纵横比为$\sim50$。我们还观察到，等离子体团的不稳定性是主要的物理机制加速磁重联在这个等离子体参数制度。在等离子体团不稳定性出现后，重联率急剧增加到$\sim$ 0.035，观察到与Lundquist数无关。这些特征与完全电离等离子体中的磁重联非常相似。在这个低$β$导场重联制度，重组和碰撞的影响被观察到有一个小的贡献重联率。模拟结果表明，在磁重联过程中，将稠密的弱电离光球等离子体加热到$2\times10^4$ ~K以上是困难的。然而，当重联磁场为$500$ ~G或更强时，低太阳色球层中的等离子体可以被加热到$3\times10^4$ ~K以上。
2018-10-25 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Nonlinear evolution of internal gravity waves in the Earth's ionosphere: Analytical and numerical approach
用流体理论方法研究了弱电离、不可压缩地球电离层中重力内波的非线性传播。以前的理论在文献中是先进的地球不均匀磁场嵌入在弱电离电离层的影响，高度从约$50$到$500$公里。结果表明，电离层导电流体可以支持孤立偶极涡旋（或模态子）的形成。后者的解析解和数值解的获得和分析。研究发现，在不考虑Pedersen传导率的情况下，可以形成不同的空间定位的涡结构，这些涡结构可以在没有能量损失的情况下随超声速运动。但是，它的存在会导致孤立涡的振幅随时间衰减，并且由于能量损失，涡结构会完全消失。这种能量损失可以被延迟，即，如果与流函数或密度变化相关联的非线性效应变得明显高于由于Pedersen传导率引起的耗散，则涡流结构可以占优势相对较长的时间。定义了主要的动力学特征参数，并与已有的实验数据进行了比较。
2022-02-10 physics.ao-ph physics.plasm-ph
A new Concept of Ball Lightning
我们认为，球状闪电（BL）是一种弱电离气体，其中的电磁辐射可以通过玻色-爱因斯坦凝聚和/或光子在等离子体密度阱中的俘获来积累。我们导出了描述BL稳定性的方程组，并指出沿带电表面运动的BL变得不稳定。最终，不稳定性导致BL的爆炸以及被捕获的光子和/或玻色-爱因斯坦凝聚体的能量的释放。
2008-11-28 physics.ao-ph physics.plasm-ph
Magnetic reconnection in strongly magnetized regions of the low solar chromosphere
采用MHD方法模拟了2.5维多流体反应模型中部分电离等离子体，研究了太阳低层大气温度极小区附近强磁化区的磁重联.结果表明，在低$β$等离子体中，在没有磁零点的情况下，电离和中性流体流在整个重联区域中耦合良好。然而，非平衡电离-复合动力学在确定重联区域的结构中起着关键作用，与假设等离子体处于电离-复合平衡的模拟相比，非平衡电离-复合动力学导致低得多的温度升高和更快的磁重联速率。即使初始等离子体$β$与$β_0=1.46$一样高，等离子体的中性成分的电离速率也总是快于电流片区域内的复合。当重联磁场超过千高斯并且等离子体$β$低于0.0145时，初始弱电离的等离子体可以在重联区域内变得完全电离，并且电流片可以被强烈加热到$2.5\times10^4$ ~K以上，即使大部分碰撞耗散的磁能被辐射走。霍尔效应略微增加了重联率，但在没有磁零点的情况下，它不会导致显著的不对称性或将重联电流片的特性改变到米级。
2017-12-22 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Peculiarities of charged particle kinetics in spherical plasma
本文通过动力学模拟研究球形物体周围等离子体中带电粒子的瞬态行为，耦合静电求解器，分析粒子群对电流和屏蔽的贡献，应用于朗缪尔探针和太阳风。
2023-11-11 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Phase and morphology of water-ice grains formed in a cryogenic laboratory plasma
该研究发现在低温弱电离等离子体中注入水蒸气可自发形成悬浮冰颗粒，其具有纺锤状分形结构并随时间生长，通过FTIR光谱和Mie散射理论分析其相态组成与尺寸，证实核化由离子催化，且其性质与原行星盘天体物理冰相似。
2024-04-25 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Transition of Magnetic Reconnection Regimes in Partially Ionized Plasmas
Boston University（波士顿大学）；Institute for Advanced Study, Princeton（普林斯顿高等研究院）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；National Aeronautics and Space Administration Goddard Space Flight Center（美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）；University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；Princeton University（普林斯顿大学）；University Corporation for Atmospheric Research（大气研究大学协会）
本研究通过三流体五时刻模型，系统探索了部分电离等离子体中磁重联模式的转变，揭示了强耦合到快速解耦重联的过渡机制及关键参数影响。
2026-08-06 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
