Very High Mach Number Electrostatic Shocks in Collisionless Plasmas
本文提出了不同温度和密度的等离子体板碰撞产生无碰撞静电冲击的动力学理论。理论结果得到了自洽粒子模拟的证实，揭示了高马赫数（$M \gg 10$）静电激波的形成和稳定传播，远高于静电激波经典理论的预测。
2005-12-23 astro-ph physics.plasm-ph
Density bump formation in a collisionless electrostatic shock wave in a laser-ablated plasma
实验观察到飞秒激光烧蚀铝箔时，在无碰撞静电冲击波的前端出现密度隆起。我们已经进行了数值模拟的动力学的这种现象的发展，同时产生的一个包的离子声波，暴露于一个持续流动的高能电子，在无碰撞等离子体。我们提出了所观察到的效果的物理解释，并表明，凸块由过境粒子，即，从致密的等离子体层的加速离子，和稀释的背景等离子体，由纳秒激光预脉冲在烧蚀过程中形成的离子。
2016-07-07 physics.plasm-ph
Electrostatic Plasma wave excitations at the interplanetary shocks
在过去的几十年里，不同类型的等离子体波（例如，离子声波（IAWs）、静电孤立波（ESWs）、上/下混合波、朗缪尔波等）。在无碰撞行星际激波的上游、下游和斜坡区都观察到了激波。这些波在现场测量中表现为短持续时间（在1 au处仅几毫秒）的电场特征，典型频率为$\sim1-10$ kHz。在IP冲击的IAW功能的数量似乎是无法解释的动力学模型，需要一个新的建模工作。因此，本文致力于弥合这一差距。在本文中，我们模拟的线性IAWs内的激波斜坡，通过设计一种新的线性化方法的两流体磁流体力学方程的空间依赖的冲击参数。据发现，对于平行传播的波，线性色散关系导致一个有限的增长率依赖于激波密度压缩比，风的数据表明。进一步的分析表明，波的频率增长的冲击斜坡内的下游，和波的增长率是独立的电子-离子的温度比，磁层多尺度（MMS）的原位测量表明，和均匀的冲击斜坡内。因此，这项研究有助于了解在无碰撞IP冲击的IAW的特性。
2022-12-23 physics.plasm-ph
Electrostatic shock structures in a magnetized plasma having non-thermal particles
本文从理论上研究了尘埃-离子-声冲击波在多组分磁化对离子等离子体中的非线性传播，该等离子体中含有惰性的暖正离子和负离子，无惰性的非热电子和正电子，以及静态的带负电荷的大颗粒尘埃颗粒。用约化摄动法导出了Burgers方程。等离子体模型支持在静态带负电荷的大规模尘埃颗粒的存在下的正激波和负激波结构。结果表明，正、负激波轮廓的陡度均随离子运动粘度的增加而减小，但对高度无影响;电子温度的增加使激波轮廓的振幅增大。正激波的高度随入射角的增大而增大，正激波的高度随正电子数密度的增大而增大。本文还简要讨论了本研究结果的应用。
2021-07-17 physics.plasm-ph
Electrostatic shock dynamics in superthermal plasmas
用解析和数值方法研究了离子声激波在非热等离子体中的传播。考虑了非磁化的无碰撞电子-离子等离子体，其特征在于超热（非麦克斯韦）电子分布，其由$κ$ -（kappa）分布函数建模。采用多尺度方法，它表明，低振幅冲击的动力学模型的混合Korteweg-de Vries - Burgers（KDVB）方程，其中的非线性和色散系数的$κ$参数的函数，而耗散系数是离子粘度的线性函数。所有相关的冲击参数取决于$κ$：从一个纯麦克斯韦行为的偏差更高诱导冲击更窄，更快，更大的振幅。KDVB方程的扭结形解决方案对外部扰动的稳定性配置文件进行了研究，发现的冲击的空间配置文件依赖于和色散和耗散之间的相互作用的作用被阐明。
2011-12-29 physics.plasm-ph
Conditions of structural transition for collisionless electrostatic shock
本研究通过一维PIC模拟发现无碰撞静电冲击在高密度梯度下转变为双层结构，阈值密度比约为40，并更新模型预测临界马赫数，提出基于加速分数预测冲击速度的半解析方法。
2023-08-08 physics.plasm-ph
Ion acceleration in electrostatic collisionless shock: on the optimal density profile for quasi-monoenergetic beams
对静电冲击波中离子加速问题进行了数值研究，旨在确定激光驱动系统中获得准单能离子束的最佳等离子体结构。最近的研究表明，以长尺度的后密度分布为特征的近临界密度等离子体导致具有低能量扩展的光束[F。Fiúza等人，Physical Review Letters 109，215001（2012）]。在这项工作中，进行了详细的参数扫描调查不同的等离子体尺度长度。因此，最佳的等离子体空间尺度长度，允许最小化的能量扩散，同时确保由冲击的离子的显着的反射被识别。此外，提出了一种新的配置，其中所需的配置文件已获得通过耦合不同密度的微层。结果表明，这种新的工程方法是一种有效的替代方案，保证了较低的能量扩散，具有较高的可控性。
2018-01-08 physics.plasm-ph
Distinct parallel electrostatic collisionless shocks in hot-cold ablative mixing plasmas
本研究通过一维VPIC模拟和理论分析，揭示了热冷烧蚀混合等离子体中平行静电无碰撞激波的形成机制，发现其主要受温度而非压力控制，并阐明了电子热通量的自由流极限与对流标度特性。
2025-03-31 physics.plasm-ph
Identification of electrostatic two-stream instabilities associated with a laser-driven collisionless shock in a multicomponent plasma
静电双流不稳定性在静电无碰撞激波形成中起着重要作用。它们是一种关键的耗散机制，导致离子加热和加速。由于冲击加速离子的数量和能量取决于不稳定性，因此精确识别主动不稳定性是重要的。二维粒子在细胞模拟多组分等离子体揭示离子反射和加速在冲击波前，激发纵向传播的静电不稳定性，由于非振荡分量的静电场在上游地区的冲击，和产生向上和向下移动的速度分量内的扩展离子组件。使用一维静电等离子体色散函数，其中包括电子和离子的温度效应，C2 H3Cl等离子体的不稳定性的线性分析表明，最不稳定的模式是静电离子束双流不稳定性（IBTI），这是弱依赖于电子的存在。IBTI是由膨胀的质子和碳离子群体之间的速度差激发的。有一个静电电子-离子双流不稳定性与一个小得多的增长率与人口的质子在冲击反射。与激光驱动的无碰撞冲击相关联的快速增长的IBTI的激发增加了准单能离子束的亮度。
2021-10-14 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Electromagnetic field generation in the downstream of electrostatic shocks due to electron trapping
在静电冲击中发现了一种新的磁场产生机制，它可以在时间尺度$ \tilde \, 10^4 \, ω_{pe}^{-1}$上产生磁能密度高达流动能密度的0.01的场。在冲击波形成过程中的电子捕获在分布函数中产生了强烈的温度各向异性，引起了纯韦伯不稳定性。产生的磁场被很好地限制在静电冲击的下游区域。冲击波形成过程没有修改和负责离子加速，目前在激光等离子体实验室实验中探测的冲击波前的功能，保持。然而，如此强的磁场决定了下游的粒子轨迹，并有可能改变无碰撞激波的特征。
2014-08-20 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Collisional effects on the electrostatic shock dynamics in thin-foil targets driven by an ultraintense short pulse laser
采用粒子模拟方法，研究了高强度（$I\approx2{-}5\times10^{20}{\rm\,Wcm^{-2}}$）、超短（${\sim}10{\rm\,fs}$）、圆偏振激光脉冲辐照下，库仑碰撞对高$Z$、固体密度氢化铯和铜靶中离子动力学的影响。碰撞显着增强电子加热，从而大大增加了在激光等离子体相互作用中发射的冲击波的速度。在氢化铯靶中，两种离子之间的碰撞将质子加热到${\sim}100{-}1000{\rm\,eV}$温度。然而，与以前的工作相比（A.E. Turrell等人，2015 Nat Commun. 6，8905），由于几乎全部的质子反射，该过程仅发生在上游。这种差异归因于不同的模型，用于处理碰撞在稠密/冷等离子体。在铜靶的情况下，离子反射可以作为自放大过程开始，自举。之后，反射离子和上游离子之间的碰撞显著加热这两个群体。当将脉冲持续时间增加到$60{\rm\,fs}$时，激波阵面更清楚地从激光器活塞中分离出来，因此可以在没有激光器直接干扰的情况下进行研究。在早期形成的冲击波表现出典型的流体动力学和静电冲击，包括离子反射的属性。在后期，可以看到冲击波演变成流体动力冲击波。
2020-07-30 physics.plasm-ph
The evolution of a slow electrostatic shock into a plasma shock mediated by electrostatic turbulence
两个等离子体云以超过离子声速的速度碰撞可能导致激波的形成。这种现象不仅在超新星遗迹（SNR）爆炸壳传播到星际介质等天体物理学场景中观察到，而且在基于实验室的激光等离子体实验中也观察到。因此，这些实验和辅助模拟被视为在实验室中小规模复制和研究天体物理冲击的一个有吸引力的平台。我们模拟两个等离子体云，其中包括电子和离子，与2D PIC模拟。两个云的离子温度相差10倍。这两个云碰撞的速度，这是现实的实验室研究和SNR冲击在其后期演变阶段，如RCW 86。与模拟平面正交的磁场具有与SNR冲击相当的强度。在等离子体云和具有较冷离子的云的重叠层之间形成前向激波。一个大振幅的离子声波之间的重叠层和云与较热的离子观察。它不会变陡成反向激波，因为它的速度低于离子声速。磁场振幅的梯度在向前冲击压缩磁场时靠近向前冲击建立。这种梯度引起电子漂移，其速度足以触发不稳定性。静电离子声波湍流先于激波发展。它加宽了它的过渡层，使离子热化，但前向激波保持完整。
2014-05-23 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Physics of collisionless shocks - theory and simulation
无碰撞冲击发生在物理学的各个领域。在空间和天体物理学的背景下，它们已经被研究了几十年。然而，对冲击波的形成和粒子加速的彻底理解仍然缺失。无碰撞冲击可分为电磁冲击和静电冲击。电磁冲击主要在天体物理环境中起重要作用，它们由韦伯不稳定性或定向不稳定性介导。在这种冲击中，带电粒子通过扩散冲击加速获得能量。静电冲击的特征在于强静电场，这导致电子捕获。离子被静电势的反射加速。冲击波的形成和粒子加速将在理论和模拟中讨论。
2015-09-16 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Ion acceleration from laser-driven electrostatic shocks
采用多维粒子模拟方法研究了等离子体中静电冲击的产生和背景离子的反射，从而产生高质量、高能量的离子束。静电冲击是由具有不同密度和/或相对漂移速度的两个等离子体的相互作用驱动的。由激波反射的离子的能量和数量随着两个相互作用的等离子体之间的密度比和相对漂移速度的增加而增加。结果表明，强激光与定制的近临界密度等离子体的相互作用，允许有效加热的等离子体电子和陡峭的等离子体轮廓在临界密度界面，导致产生高速激波结构和高能离子束。我们的研究结果表明，高品质的200兆电子伏冲击加速离子束所需的医疗应用可以获得与当前的激光系统。
2013-01-17 physics.plasm-ph physics.space-ph
Collisionless electrostatic shock formation and ion acceleration in intense laser interactions with near critical density plasmas
本文研究了近临界密度等离子体中激光驱动的无碰撞静电激波的形成及随后的离子加速。粒子模拟结果表明，由于激光在近临界密度等离子体中的快速传播，激光驱动的无碰撞静电冲击的速度和冲击加速的离子的能量都可以大大提高。然而，在近临界密度的等离子体中，冲击波形成之前需要比数十个激光波周期更长的响应时间，与高过密度靶中的快速冲击波形成相反。更重要的是，我们发现，即使在激波上的静电势跃变小于离子在激波系中的动能时，某些离子也可以被无碰撞激波反射，这似乎与传统的离子反射条件相反。这些异常离子反射归因于强时间振荡电场伴随着激光驱动的无碰撞冲击在近临界密度等离子体。
2016-11-21 astro-ph.HE physics.acc-ph physics.plasm-ph
Exploring the nature of collisionless shocks under laboratory conditions
无碰撞冲击在天体物理学中是普遍存在的，它们对于理解宇宙射线加速至关重要。强激光的实验室实验正在为探索和验证决定无碰撞冲击加速过程的微观物理开辟道路。我们确定的冲击字符-静电或电磁-静电冲击的横向电磁波动的稳定性的基础上，作为一个函数的电子温度和流速的等离子体成分，我们比较的分析模型与粒子在细胞模拟。通过与驱动等离子体流的激光参数的连接，我们证明了具有不同和独特的底层微观物理的冲击可以在实验室中用最先进的激光系统进行探索。
2014-01-13 physics.plasm-ph
Ion-acoustic Shocks with Self-Regulated Ion Reflection and Acceleration
得到了描述离子-声无碰撞激波的解析解，它与激波反射离子的演化自洽。该解扩展了经典的孤子解，超过了临界马赫数，孤子不再存在，因为上游的离子反射。反射将孤子转换成具有拖尾波和被反射离子填充的足的冲击。该解决方案涉及整个冲击结构的参数，如最大和最小的潜在的尾波，脚的高度，以及冲击马赫数，反射离子的数量。对于任何给定的上游离子分布，这种关系都是可解的。在本文中，我们已经解决了一个简单的“盒”分布。两个独立的模型的电子相互作用的冲击被认为是。第一个模型对应于标准玻尔兹曼电子分布，在这种情况下，临界激波马赫数从M=1.6（无离子反射）到M=1.8（大量反射）仅无意义地增加。第二个模型对应于电子俘获。它们产生更强的增加，从M=3.1增加到M=4.5。由反射离子支撑的冲击脚也使它们进一步加速。一个自相似的脚扩展到上游介质也被描述分析。
2015-12-07 physics.plasm-ph
Electrostatic turbulence and Debye-scale structures in collisionless shocks
我们提出了一百多个大振幅双极静电结构的分析，在准垂直超临界地球的弓形激波穿越，测量的磁层多尺度航天器。双极结构的出现与激波过渡区的磁场梯度密切相关。双极结构具有负静电势和几个德拜长度的空间尺度。双极结构传播的速度（在等离子体静止帧）的顺序的离子声速的冲击法线高度倾斜。我们认为双极结构是由入射离子和反射离子之间的双流不稳定性产生的离子相空间空穴。这是第一次确认的离子双流不稳定性在无碰撞冲击。电子加速的影响进行了讨论。
2019-12-04 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Simulation of a collision-less planar electrostatic shock in a proton-electron plasma with a strong initial thermal pressure change
当激光脉冲烧蚀固体靶时，激光脉冲能量的局部沉积在等离子体中引入了高的热压力梯度。该激光加热的等离子体进入环境介质（电离的残余气体）的热膨胀触发无碰撞等离子体中的非线性结构的形成。在这里，一个电子质子等离子体建模与粒子在细胞（PIC）模拟再现等离子体膨胀的方面。在等离子体的热压力中引入跳跃，在该跳跃上，否则空间均匀的温度和密度以因子100变化。来自热等离子体的电子膨胀到冷等离子体中，并且电荷不平衡将冷电子束拖到热等离子体中。这种双层降低了电子温度梯度。与等离子体膨胀到真空中相比，低压等离子体的存在修改了质子动力学。热压力的突变发展成一次冲击。快速质子以束的形式从热等离子体运动到冷等离子体中，导致在电子和质子分布中形成相空间空穴。质子相空间空穴发展成使束热化的二次激波。
2009-11-26 physics.plasm-ph
Electrostatic and magnetic instabilities in the transition layer of a collisionless weakly relativistic pair shock
天体物理喷流的高能电磁辐射，如大质量恒星坍缩时发射的并触发伽马射线暴（GRB）的喷流，部分归因于相对论性内部冲击。激波是由逆流粒子束的不稳定性在无碰撞等离子体中介导的。只有当光束以相对论性的相对速度运动时，才能产生最快的位移不稳定性。在这里，我们用粒子单元（PIC）模拟两个冷对云在c/2（c：光速）速度下的碰撞。我们证明了双流不稳定性超过了这个速度的平行不稳定性，从而负责激波的形成。上游等离子体的准静电波的不完全热化允许其他不稳定性的增长。激波过渡层的形成，其中一个平行不稳定性调制的等离子体远上游的冲击。上游流入的等离子体逐渐加热的双流不稳定性更接近的冲击和压缩到预期的下游密度的韦伯不稳定性。由于后者产生的强磁场被限制在10个电子趋肤深度宽的层内。
2017-09-09 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Simulation study of the formation of a non-relativistic pair shock
我们研究与粒子在细胞（PIC）模拟碰撞的两个同样稠密的云冷对等离子体。云相互渗透，直到不稳定性开始，这加热了等离子体并触发了一对冲击波的形成。在碰撞速度c/5和低温条件下，增长最快的波是静电双流模式和准静电斜模式。这两种波通过相空间涡旋的形成而增长和饱和。这些非线性等离子体结构的强电场提供了一种加热和压缩流入的上游轻子的有效手段。泄漏回上游区域的热轻子与流入的冷上游轻子的相互作用不断驱动介导冲击的静电波。这些波主要沿着激波法线加热流入的上游轻子，这导致激波后区域的速度分布各向异性。这种分布引起了韦伯不稳定性。我们的模拟表明，即使激波是由准静电波介导的，强磁波仍然会在其下游区域发展。
2017-01-15 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Electrostatic Waves and Electron Holes in Simulations of Low-Mach Quasi-Perpendicular Shocks
本文利用二维PIC模拟研究低马赫数准垂直激波，揭示电子束驱动EAWs并演化为ESWs的机制，且其尺度和振幅依赖激波速度。
2024-08-03 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Theory for large amplitude electrostatic ion shocks in quantum plasmas
本文提出了一个广义非线性理论，研究了任意简并度的弱耦合简并电子流体和任意原子序数的非简并强关联离子流体组成的碰撞量子等离子体中的大振幅静电离子冲击。为了我们的目的，我们使用的惯性无电子动量方程，包括静电，压力梯度和相关的量子力，以及一个广义的粘弹性动量（GVEM）方程强相关的非简并离子。在准中性近似下，离子连续性方程关闭了我们的非线性方程组。当用无惯性电子动量方程消去GVEM方程中的电场时，我们得到了广义GVEM和离子数密度与离子流速度之间的非线性耦合的离子连续性方程。数值求解这对非线性方程组，研究了在大范围的等离子体质量密度和离子原子数下，由于谐波产生非线性和离子流体粘性之间的平衡而产生的任意大振幅平面和非平面ES激波的动力学，这些参数与巨行星（即木星）和致密恒星（即白矮星）的核心有关.我们的数值结果表明，ES激波密度分布强烈地依赖于等离子体数密度和成分（原子数）参数。此外，密度扰动传播的马赫数显着依赖于所研究的等离子体分数参数。结果表明，超密简并等离子体中ES激波的动力学在白矮星核区与低密度壳区有很大的不同。
2012-09-14 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Structure of weakly collisional shock waves of multicomponent plasmas inside hohlraums of indirect inertial confinement fusions
本研究探索间接惯性约束聚变黑腔内弱碰撞激波的形成与结构特性，揭示静电场主导的离子加速与分离机制及其对内爆效率的影响。
2024-11-17 physics.plasm-ph
Solitary versus Shock Wave Acceleration in Laser-Plasma Interactions
用数值模拟的方法研究了超强激光与稠密等离子体相互作用中激发非线性静电波（如激波和孤子）以及由此产生的离子加速问题。孤子的稳定性和激波的形成强烈地依赖于离子的速度分布。离子谱中的单能成分是由孤立波的"脉冲"反射产生的。可能的相关性，最近的实验“冲击加速”进行了讨论。
2011-11-28 physics.plasm-ph
Microphysics of Particle Reflection in Weibel-Mediated Shocks
通过PIC模拟追踪正负电子对等离子体激波中的测试粒子，研究了Weibel介导激波中粒子反射的微观物理机制，揭示了约1%粒子注入效率的成因并提出了预测高能粒子比例的模型。
2023-10-19 astro-ph.HE 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
Ion Reflection by a Rippled Perpendicular Shock
本文利用 MMS 观测研究非稳态无碰撞垂直等离子体激波，发现由 Hall 项平衡的亚质子尺度大振幅法向电场导致激波坡出现波纹，其静电势使入射离子减速并反射大量质子，实现比稳态平面激波更高效的激波漂移加速。
2024-07-10 physics.plasm-ph physics.space-ph
Direct Evidence for Magnetic Reflection of Heavy Ions from High Mach Number Collisionless Shocks
无碰撞等离子体中的强激波，如超新星激波和由日冕物质抛射驱动的激波，是高能粒子的主要来源。由于重离子与激波层的质量/电荷比不同，它们与激波层的相互作用不同于质子，将这些离子注入加速过程是一个挑战。在这里，我们展示了第一个直接的观测证据的磁反射的α粒子从一个高的马赫数准垂直冲击使用原位航天器测量。与非平稳性相关的激波前沿的强烈磁放大调制了α粒子的轨迹，其中一些粒子在增强的磁场中旋转并在上游区域经历进一步的加速时返回上游。我们的研究结果特别强调了高磁放大的重要作用，在种子重离子到非平稳重整冲击的过程中。
2021-08-20 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Electrostatic solitary waves in the Earth's bow shock: nature, properties, lifetimes and origin
我们提出了一个统计分析的两千多个双极静电孤立波（ESW）收集从十个准垂直地球的弓形激波过境的磁层多尺度航天器。我们开发并实施了一个校正程序，用于重建实际的电场，速度，和其他属性的ESW从测量，其空间尺度通常可比或小于电压敏感探头之间的空间距离。我们确定轴向和自旋平面天线的频率响应因子之间的最佳比率为约1.65/1.8。我们发现地球弓形激波中95%以上的ESW是负极性的，并对这些ESW的性质进行了深入的分析。它们的空间尺度约为10- 100米，在$λ_{D}$至$10λ_{D}$的范围内，振幅通常低于几伏，低于0.1的局部电子温度，在航天器和等离子体静止帧中的速度低于几百公里/秒，大约为局部离子声速。ESW的空间尺度与局部德拜长度$λ_{D}$显著相关。幅值为5- 30 V或0.1- 0.3Te的ESW发生率为百分之几。ESW的电场一般与局部磁场倾斜，传播方向与激波正向${\bf N}$高度倾斜，80%以上的ESW在距激波面30 $^{\circ}$以内传播。在激波平面中，ESW通常在激波平面上的局部磁场投影${\bf B}_{\rm LM}$的几十度内传播，并且优选地与${\bf N}\times {\bf B}_{\rm LM}$相反。我们认为负极性的ESW是离子-离子流不稳定性的非线性阶段产生的离子相空间空穴。我们估计的离子空穴的寿命为10- 100毫秒，或1- 10公里的空间…
2021-03-09 physics.plasm-ph physics.space-ph
Dust-acoustic solitary waves and shocks in strongly coupled quantum plasmas
研究了由无间隙电子和离子以及强耦合惯性带电尘埃粒子组成的强耦合尘埃等离子体中静电尘埃声（DA）孤波和激波的传播特性。考虑了一个广义粘弹流体动力学模型和一个量子流体动力学模型，前者考虑了静电尘埃压力和尘埃粒子强耦合的影响，后者考虑了量子力和电子、离子的Bohm势和交换关联势的影响。通过对色散关系、类Korteweg-de Vries（KdV）方程和类KdV-Burgers（KdVB）方程的推导和分析，研究了DA波的线性和弱非线性理论。结果表明，在动力学制度（$ωτ_m\gg1$，其中$ω$是波频率和$τ_m$是粘弹性弛豫时间），DA孤立波的振幅随时间缓慢衰减与少量的尘埃粘度的影响。然而，DA冲击类扰动可以激发在流体动力学制度与$ωτ_m\ll1$。给出了KdV和KdVB方程的解析解和数值解，并与系统参数进行了分析。
2015-03-19 physics.plasm-ph
Laboratory observation of ion acceleration via reflection off laser-produced magnetized collisionless shocks
本研究在激光产生的磁化等离子体中，首次通过实验直接观测到超临界准垂直无碰撞激波反射加速离子的现象，结合模拟揭示了动生电场的加速作用，可为地球弓激波的准单能快离子成分提供解释。
2023-08-25 physics.plasm-ph physics.space-ph
Ion-electron instabilities in the precursor of weakly magnetized, transrelativistic shocks
本文研究弱磁化跨相对论无碰撞激波前驱区中的离子-电子不稳定性，揭示静电预加热可突破冷重子负载限制并促进大尺度成丝模式增长。
2024-07-24 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Solar Wind Reflected Ion Properties at Earth's Bow Shock: Dependence on Upstream Conditions and Shock Geometry
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；Shandong University（山东大学）；Embry-Riddle Aeronautical University（埃默里·莱德航空大学）；University of Potsdam（波茨坦大学）
研究太阳风反射离子在地球弓形激波处的特性，分析上游条件和激波几何结构对其影响，揭示反射离子能量和温度与磁场强度及波动能量的关系。
2026-03-26 physics.plasm-ph physics.space-ph
Shock wave surfing acceleration
研究了相对论带电粒子在均匀磁场和斜向传播的静电冲击波中的动力学问题。该系统被简化为一个具有慢变量和快变量的两自由度Hamilton系统。在该系统中，可以发生捕获共振的现象。在一定条件下，捕获的相点永远保持捕获状态。这对应于粒子的无限冲浪加速度。预印本是D.Ucer和V.D.Shapiro（Phys.Rev.Lett.，第87卷，075001，2001），用于Physical Reviews Letters的评论部分。
2002-04-05 physics.plasm-ph
Plasma refilling of the lunar wake: plasma-vacuum interactions, electrostatic shocks, and electromagnetic instabilities
本研究通过全动力学PIC模拟揭示月球尾迹填充过程：早期遵循等离子体-真空理论，后期离子束碰撞产生静电激波并激发电磁不稳定性，为理解尾迹动力学和航天器观测提供新视角。
2025-07-10 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Ion-acoustic shocks with reflected ions: modeling and PIC simulations
非相对论性无碰撞激波广泛存在于空间和天体物理等离子体中，被称为高效的粒子加速器。然而，我们对无碰撞冲击的理解，包括它们的结构和它们加速粒子的机制仍然不完整。我们在这里提出的结果的数值模拟的离子声碰撞无冲击的基础上的一维（1D）动力学近似的电子和离子与一个真正的质量比。特别强调的是作为冲击耗散的主要驱动程序的冲击反射离子。根据激波参数研究了反射效率、反射粒子速度分布和激波静电结构。本文讨论了粒子加速在地球物理和天体物理冲击中的应用。
2015-03-26 physics.plasm-ph
Two-stream-like instability in dilute hot relativistic beams and astrophysical relativistic shocks
相对论无碰撞激波被认为是有效的粒子加速器。非线性结果的相互作用的加速粒子的前面运行的冲击，所谓的“前体”，与未扰动的等离子体的冲击上游，被认为是促进这些粒子的额外加速，并可能修改的流体动力学结构的冲击。本文研究了在非磁化和弱磁化等离子体中传播的相对论激波中，激波上游相互作用中出现的动力学模的线性增长：静电双流平行模和静电斜模。这些模式是特别感兴趣的，因为它们是这种类型的系统中已知的增长最快的模式。使用一个简化的分布函数的稀释超相对论性光束，相对论热在自己的休息框架，但有动量，窄准直在冷上游等离子体的框架，它传播到，我们确定了最快的增长模式在整个$k$空间，并计算其增长率。我们考虑所有类型的等离子体（对和离子电子）和光束（带电和电荷中性）。我们发现，不稳定的静电模式存在于任何类型的等离子体和任何冲击参数。我们进一步发现，两个模式，一个平行（PDMATHAMN）和另一个倾斜（$k_\perp \sim k_\|$），是竞争优势和任何一个可能主导的增长率在不同区域的相空间。主导模式主要由上游坐标系中加速粒子动量的垂直分布决定，它反映了激波的洛伦兹因子。平行模式在具有较低洛伦兹因子的冲击中变得更占主导地位（即，具有较大的动量扩散）。我们简要地讨论了我们的结果可能的影响，在伽马射线暴源的外部冲击。
2011-04-29 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Double-layer shocks in a magnetized quantum plasma
本文报道了在量子电子-正电子-离子（e-p-i）等离子体中，量子离子声波（QIAWs）斜向于外磁场传播时，有限幅静电激波的形成。这样的冲击被认为是由压缩和伴随的稀疏慢波阵面的双层（DL）结构。这种DL冲击的存在关键取决于量子耦合参数$H$与玻姆势和正电子电子密度比$δ$。然而，配置文件可能会，陡峭的初始和达到稳定状态的一些孤立波的前面的冲击。这种新的DL冲击可能是强激光-固体密度等离子体相互作用实验以及紧凑天体物理物体中粒子加速的良好候选者，例如，磁化的白矮星。
2010-08-19 physics.plasm-ph
Ion acceleration at two collisionless shocks in a multicomponent plasma
强激光与等离子体相互作用是实验室研究无碰撞冲击离子加速的重要手段。用二维粒子单元法计算了多组分等离子体，在归一化激光矢势a0超过10时，用线偏振激光驱动时，在两个不同的纵向位置观察到两个静电无碰撞激波。此外，这些冲击，与质子和碳离子，显示幂律依赖于a0和加速离子不同的速度在一个扩大的上游具有更高的通量比在单组分氢或碳等离子体。这是由不同离子的荷质比差异引起的静电离子双流不稳定性造成的。在空间和天体物理学中，多组分等离子体中的无碰撞冲击中的粒子加速是普遍存在的，这些计算确定了在实验室中研究这些复杂过程的可能性。
2021-04-02 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Vlasov simulation of laser-driven shock acceleration and ion turbulence
本文采用Vlasov方法，即动力学欧拉方法，模拟研究了强激光与过密等离子体相互作用激发的非线性无碰撞离子声激波和孤子。Vlasov代码的使用避免了低粒子统计的问题，并允许验证粒子在细胞中的结果。为了保证相对论区域的电荷守恒，对Vlasov方程的数值积分分裂法进行了一个简单的修正。我们表明，离子分布的影响，在激光等离子体相互作用表面产生的相对论性的“快”电子束驱动的湍流的发展。这导致在冲击波前的离子反射的发病在一个最初的冷等离子体中，只有孤子的解决方案，没有离子反射预计传播。我们给出了一个简单的分析模型来描述的湍流的发病作为一个非线性耦合的离子密度与快速电子流，考虑到相对论电子束的脉冲性质。
2016-01-06 physics.plasm-ph
Head-on collision of ion acoustic shock waves in collisionless plasma with pair-ions and electrons
研究了由正负离子和电子组成的非磁化无碰撞等离子体系统中离子-声冲击波（IASW）的迎头碰撞及其对冲击波（单调和振荡）形成和相移的影响。孤子解是从双侧Korteweg-de Vries Burger（KDVB）方程导出的。采用扩展的Poincare-Lighthill-Kuo（ePLK）方法得到KdVB方程。假设负离子是不动的，电子在等离子体中遵循玻尔兹曼能量分布。等离子体的参数，如密度比和运动粘度的静电激波轮廓，相移，振幅，形成的冲击（单调和振荡），以及对孤立子的解决方案的影响进行了研究。结果表明，正负离子的密度比对冲击波的形成和碰撞后的相移起着至关重要的作用。
2018-06-06 physics.plasm-ph
Magnetized ion-acoustic shock waves in degenerate quantum plasma
对磁化简并量子等离子体系统中的离子声激波进行了理论研究，该系统中含有无惯性的超相对论简并电子和惯性的非相对论正电荷重离子和轻离子.用约化摄动法导出了Burgers方程。可以看出，在考虑非相对论性正电荷重离子和轻离子时，等离子体模型只支持正静电冲击结构。研究还发现，非相对论性重离子和轻离子的电荷态和数密度增强了IASHW的幅值，而离子运动粘滞系数（$η$）降低了IASHW的陡度.我们的研究结果将有助于理解白矮星和中子星中IASHW的非线性传播。
2021-03-29 physics.plasm-ph
Quantified Energy Dissipation Rates: Electromagnetic Wave Observations in the Terrestrial Bow Shock
我们提出了第一个量化的措施，每单位体积的能量消耗率的高频电磁波在过渡区的地球的无碰撞弓形激波使用的数据从THEMIS航天器。每一个THEMIS激波交叉检查可用的波爆发数据显示，低频（< 10 Hz）的磁声哨声波和高频（> 10 Hz）的电磁波和静电波在整个过渡区和磁鞘。在这两个频率范围内的波有较大的振幅，但更高的频率波，这是本研究的重点，表现出较大的贡献，坡印亭通量和能量耗散率。较高频率的波被确定为离子声波，电子回旋漂移不稳定性驱动波，静电孤立波和哨声模式波的组合。这些波的振幅可以超过dB ~ 10 nT，dE ~ 300 mV/m，但更典型的值为dB ~ 0.1-1.0 nT，dE ~ 10-50 mV/m;能量通量超过2000 × 10^（-6）W m^（-2）;（4）能量耗散率> 3 × 10^（-6）W·m^（-3）。耗散率被发现是在超过四个数量级以上，是必要的，以解释增加熵跨越冲击。因此，波有时仅需要< 0.01%的效率来平衡产生冲击的非线性波陡化。因此，这些结果第一次表明，高频电磁波和静电波具有调节无碰撞冲击的全球结构的能力。
2013-05-10 physics.plasm-ph physics.space-ph
Reflectivity of Shock Compressed Xenon Plasma
利用波长为1.06 × 10^-6 m的激光束，在压力为1.6 ~ 17 GPa、温度为30 000 K左右的条件下，对冲击压缩的致密氙等离子体的反射系数进行了实验测量，并与基于不同理论方法计算的动力学碰撞频率进行了比较。结果发现，假设空间电子密度分布对应于约2 × 10^-6 m的有限宽度的冲击波阵面，可以给出合理的描述。
2002-07-10 physics.plasm-ph
Magnitude of Short-Wavelength Electric Field Fluctuations in Simulations of Collisionless Plasma Shocks
本文通过1D粒子网格模拟，发现当上游电子温度高于离子温度时，短波长电场涨落幅度随频率比增大并达到实际值，且与静电孤立结构相关；温度比反转时幅度较小。
2025-09-25 physics.plasm-ph physics.space-ph
Laser-driven Collisionless Shock Acceleration of Ions from Near-critical plasmas
本文概述了在近临界密度CH和He等离子体中，分别由1 μ m（Omega EP）和10 μ m（UCLA Neptune Laboratory）激光驱动的静电无碰撞冲击波加速窄能散离子束的实验和数值结果。CH靶中的冲击波产生高能50 MeV质子（能量扩散<30%）和314 MeV C6+离子（能量扩散<10%）。质子和碳离子加速到相似速度的观测结果与激波前沿运动势的粒子反射一致。对于CO_2激光驱动的气体射流冲击波，在He离子谱中检测到30MeV的峰值。粒子在细胞模拟表明，无论目标的密度分布的进一步控制是需要的加速离子束的部分能量扩散，产量和最大动能的优化。
2020-06-12 physics.plasm-ph
Time-resolved characterization of the formation of a collisionless shock
我们报告的时间和空间分辨检测的非磁化，超临界碰撞的冲击在激光驱动的实验室实验中，导致形成的非磁化，超临界碰撞的冲击阶段。与冲击相关的静电势的测量演变揭示了从电流自由双层到对称冲击结构的过渡，通过在冲击前沿的离子反射稳定。通过匹配的Particle-In-Cell模拟和理论考虑，我们认为这个过程类似于超新星遗迹中超临界无碰撞冲击的离子反射。
2013-04-24 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Electron acoustic shock and solitary waves in spin polarized dense rotating quantum plasmas
针对旋转、自旋极化致密天体量子等离子体，研究耦合色散关系并用 Korteweg de Vries Burgers 方法获得电子声子冲击波解，揭示量子效应的展宽与稳定作用。
2025-07-24 physics.plasm-ph
Laser-driven shock acceleration of monoenergetic ion beams
我们表明，单能离子束可以加速由中等马赫数碰撞，静电冲击传播在一个长尺度长度指数衰减等离子体轮廓。强激光脉冲在临界密度附近产生的强等离子体加热和密度陡化可以发射在扩展等离子体中高速传播的激波。由于与缓慢减小的密度分布相关联的小且恒定的鞘层电场，单能离子束的产生是可能的。通过理论和多维粒子模拟确定了高质量，高能离子束加速的条件。离子能量与激光强度的比例关系表明，用最先进的100 TW级激光系统产生$\sim 200$ MeV质子束是可能的。
2012-10-05 physics.plasm-ph
Laminar shocks in high power laser plasma interactions
本文提出了一个描述无碰撞等离子体中层流离子声结构的理论。一小部分上游离子的反射将公知的离子声孤子转换成上游具有陡峭电势梯度且下游具有振荡的结构。该理论提供了一个简单的解释的结果可以追溯到四十多年前，但更重要的是，激光产生的等离子体有关的惯性聚变和离子加速的最近的观察提供了一个解释。
2014-02-12 physics.plasm-ph
Electron acceleration to ultrarelativistic energies in a collisionless oblique shock wave
本文用一维相对论电磁粒子模拟程序研究了斜激波中电子的运动。我们发现斜激波可以产生具有超相对论能量的电子，在我们的模拟中观察到了具有$γ\gto 100$的洛伦兹因子。讨论了反射和加速的物理机制，并估计了最大能量。如果电子反射发生在大振幅脉冲的末端附近，那么这些粒子将被捕获在脉冲中并获得大量能量。该理论预测，电子能量在某些传播角度下会变得特别高。这是通过模拟验证。
1999-06-08 physics.plasm-ph physics.space-ph
Mildly relativistic magnetized shocks in electron-ion plasmas I. Electromagnetic shock structure
磁化电子离子等离子体中的温和相对论冲击的研究与二维动力学粒子在细胞模拟前所未有的高分辨率和大规模的条件下，可能会发现在blazar核心的内部冲击。离子尺度效应引起激波表面的波纹，其性质在一定程度上取决于平均垂直磁场的结构，即在模拟平面内或在模拟平面外。我们发现，同步脉泽不稳定性持续操作在温和的相对论冲击与理论预测一致，并产生相干发射的上游传播的电磁波。激波阵面波纹在两种平均场结构中都被激发，并产生有效的波放大。这些波与上游等离子体的相互作用产生静电尾场。
2020-12-16 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Electron acceleration in a nonrelativistic shock with very high Alfvén Mach number
利用二维全动力学PIC模拟方法，研究了非相对论性、超高Alfvén马赫数（$M_A \sim 45$）激波中电子加速与等离子体动力学不稳定性的关系.电磁（离子韦伯）和静电（离子声学和布尼曼）不稳定性强烈激活在同一时间在不同区域的二维激波结构。相对论电子主要是由激波冲浪机制与布尼曼不稳定性在前沿的脚迅速产生。能谱具有超过伴随主要热布居的上游离子动能的高能量尾部。这为激波前沿的离子声不稳定性提供了有利条件，而这反过来又导致了额外的振荡。大振幅离子韦伯不稳定性产生电流片的脚，这意味着另一种耗散机制，通过磁重联在三维激波结构中的非常高的$M_A$制度。
2013-10-31 astro-ph.HE physics.plasm-ph
