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
Influence of bounce resonance effects on the cyclotron wave instabilities in dipole magnetospheric plasmas with anisotropic temperature
本文推导了具有双麦克斯韦和双洛伦兹分布函数的轴对称偶极磁层等离子体中场向回旋波的色散方程。为了评估俘获粒子对横向电流密度分量的贡献，使用与守恒积分相关联的切换到新变量的标准方法求解Vlasov方程;引入新的类时变量（而不是地磁纬度角）来描述捕获粒子沿地磁场的反弹运动;扰动的电场和电流密度分量在地磁场线的长度上被傅立叶分解。其结果是，横向介电常数元素表示的反弹谐振项，包括在速度空间中的双重积分，谐振器，和相应的相位系数的总和。由于地磁场的非均匀性，磁层等离子体中的波粒共振条件与直磁场中的波粒共振条件完全不同，电场的全谱都存在于给定的电流密度谐波中，左右极化波相互耦合。为了与直磁场中回旋波的线性理论进行类比，我们假设电场的n次谐波对电流密度的n次谐波有主要贡献，并且左、右极化波的连接很小。在这种情况下，回旋波的色散方程具有最简单的形式，并且适合于分析电子回旋波和离子回旋波的不稳定性。
2004-10-08 physics.plasm-ph
One-dimensional vertical dust strings in a glass box
研究了GEC参比池中下电极顶部玻璃盒内形成的一维垂直尘埃弦的振荡谱。描述了一种用于产生单个竖直粉尘串的机构。结果表明，振动振幅，共振频率，阻尼系数和振动相位的尘埃粒子分为两个不同的群体。一组表现出较低的阻尼系数，增加振幅和降低共振频率的尘埃粒子更接近下电极。另一组显示出高阻尼系数，但异常的共振频率和振幅。在低振荡频率下，两组也被π相位差分开。两组之间的行为差异的一个可能的原因进行了讨论。
2011-07-11 physics.plasm-ph
On the physical mechanism of three-wave instabilities -- resonance between positive- and negative-action modes
三波不稳定性是一个基本过程，在物理学的许多分支中有重要的应用。人们普遍认为，参与波的共振条件$ω_{z}\approxω_{x}+ω_{y}$是不稳定性开始的判据。我们表明，这个条件既不是充分的，也不是必要的，相反，确切的标准的发病不稳定性是一个积极的行动模式共振与消极的行动模式。这种机制是由谱空间的拓扑结构和几何形状强加的。在这个新理论的指导下，发现了以前未知的额外的不稳定带。
2017-12-10 physics.optics 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
The collisional resonance function in discrete-resonance quasilinear plasma systems
一种方法被开发来分析确定共振增宽函数在准线性理论，由于无论是克鲁克或福克-普朗克散射碰撞的边缘不稳定的等离子体系统中的离散共振不稳定性激发没有任何模式重叠。它表明，一个准线性系统，采用这里报道的计算加宽功能系统地恢复非线性增长率和模式饱和水平的近阈值等离子体先前从动力学理论计算。还计算了分布函数，这使得能够精确地确定特征碰撞共振宽度。
2019-06-05 physics.plasm-ph
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
Measurements of the energy distribution of electrons lost from the minimum B-field -- the effect of instabilities and two-frequency heating
ECR离子源（ECRIS）的进一步发展需要更深入地了解基础物理。电子能量分布（EED）是ECRIS性能的关键，但仍不清楚的主题之一。利用一种成熟的测量ECRIS磁约束等离子体轴向逃逸电子EED的技术，研究了等离子体约束不稳定模式下，即存在动力学不稳定时的EED。在JYFL加速器实验室用室温14 GHz ECRIS记录了脉冲和CW放电的实验数据。测量的重点是观察EED从稳定和不稳定等离子体中逃逸的差异。有人发现，非线性现象改变电火花放电显着。电子损失在两个不稳定的制度和双频加热抑制不稳定性增强。早先已经表明，双频加热提高了ECRIS的性能，这可能是由于抑制了不稳定性。我们报告所观察到的变化，在EED引入的次级频率在不同的制度，包括非共振条件下的次级频率低于满足冷电子在磁场最小的共振条件的最低频率。最后，我们提出了一种实验方法的定性评价的能量分布的电子限制在磁阱中使用的方法，测量损失的电子的能量分布在脉冲操作的离子源的等离子体衰减。
2019-12-10 physics.plasm-ph
Effect of guide field on three dimensional electron shear flow instabilities in collisionless magnetic reconnection
我们研究了外部引导场和电流片厚度对由电子剪切流驱动的电子电流片的三维不稳定模的生长速率和性质的影响。增长最快的模式的增长率下降迅速与当前片的厚度，但增加缓慢的引导场的强度。增长最快的模式是撕裂型，只有薄电流片（半厚度$\approx d_e$，其中$d_e=c/ω_{pe}$是电子惯性长度）和零导场。对于有限的导场或较厚的电流片，最快增长的模式是非撕裂型。然而，最快的2-D撕裂模式和3-D非撕裂模式的增长率是相当薄的电流片（$d_e < $半厚度$ < 2\,d_e$）和小的引导场（的数量级的磁场支持电子电流片的分量的渐近值）。结果表明，电子-磁流体力学（EMHD）和磁流体力学（MHD）撕裂模的一般模式共振条件取决于有效耗散机制（分别为EMHD和MHD情况下的电子惯性和电阻率）。通常的撕裂模共振条件（$\mathbf{k}.\mathbf{B}_0=0$，$\mathbf{k}$是波矢，$\mathbf{B}_0$是平衡磁场）可以从弱耗散极限下的一般共振条件恢复。从一般模式共振条件出发，得到了撕裂模存在的必要条件（与电流片厚度、导场强度和波数有关）。
2015-04-06 physics.plasm-ph
Electron-drift driven ion-acoustic mode in a dusty plasma with collisional effects
本文研究了尘埃等离子体中离子声波的不稳定性。在理论适用的情况下，这些制度都有明确的规定。预测了驱动不稳定性所需的临界电子漂移速度。它还表明，电子热导率和带电的晶粒浓度增强的离子声学模式的增长，而离子粘度，离子热导率，和灰尘电荷波动有稳定的效果。
2000-03-12 physics.plasm-ph physics.space-ph
Drift instabilities in thin current sheets using a two-fluid model with pressure tensor effects
在流体模型中整合动力学效应对于地球磁层的全球模拟非常重要。我们使用一个双流体十矩模型，其中包括压力张量，并已被用来研究重联，研究的漂移扭结和较低的混合漂移不稳定性。使用非局部线性本征模分析，我们发现，对于扭结模式，十矩模型显示出良好的协议与动力学计算与重联模拟中使用的相同的封闭模型，而电磁和静电低杂波不稳定性需要建模的离子共振的影响，使用朗道流体封闭。与动力学模拟和全球磁层模拟的结果的影响进行了比较讨论。
2019-03-22 physics.plasm-ph physics.space-ph
Electrostatic and whistler instabilities excited by an electron beam
电子束-等离子体系统在空间等离子体环境中普遍存在。在这里，使用达尔文粒子网格法，静电和哨声不稳定性的激励由旋转的电子束研究支持最近的实验室实验。假设总等离子体频率$ω_{pe}$大于电子回旋频率$Ω_e$。快速增长的静电束模式波通过减慢和松弛平行于背景磁场的电子束而在几个等离子体振荡中饱和。当它们饱和时，有限振幅静电束模式波可以与背景热电子的尾部共振，并将它们加速到束平行速度。生长较慢的哨声波主要以两种共振模式激发：（a）通过朗道共振，由于平行速度的束电子的反向斜率;（b）通过回旋共振，通过散射电子到更低的俯仰角和更小的能量。结果表明，对于场取向的电子束，哨声不稳定性可以被抑制的静电不稳定性，由于更快的能量转移率之间的电子束和静电波。哨声波和静电波之间的这种增长竞争取决于$ω_{pe}/Ω_e$的比例。在波的传播方面，电子束产生的静电波被限制在电子束区域，而电子束产生的哨声波传输能量远离电子束。
2017-07-17 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
