Suppressing grid instability and noise in particle-in-cell simulation by smoothing
本研究提出一种利用 Poisson 求解的高效平滑算法，通过平滑短波长电荷密度变化，稳定显式静电 PIC 等离子体模拟，抑制网格加热、冷束流不稳定性和粒子噪声，并降低计算成本。
2025-03-07 physics.comp-ph physics.plasm-ph
On Novel Mechanism of a Pump Electromagnetic Wave Absolute Two-Plasmon Parametric Decay Instability Excitation in Tokamak ECRH Experiments
讨论了泵浦非寻常（X）波激发绝对双等离子体参数衰减不稳定性（TPDI）的新机制。结果表明，在垂直于等离子体不均匀性方向的平面内，在非单调密度分布和有限尺寸泵浦光的存在下，上杂化（UH）等离子体激元可以被三维捕获。这导致激发的绝对TPDI的泵X波，这体现在时间指数增长的被困的子UH波的振幅，也许是最危险的不稳定性毫米波，广泛利用现在的托卡马克和仿星器的局部等离子体加热和电流驱动，并考虑在ITER中的应用。
2016-03-07 physics.plasm-ph
A comparison of spectral element and finite difference methods using statically refined nonconforming grids for the MHD island coalescence instability problem
应用最近开发的谱元自适应精化不可压缩磁流体动力学（MHD）程序[Rosenberg，Fournier，Fischer，Pouquet，J. Comp.Phys.215，59-80（2006）]模拟二维MHD岛聚结不稳定性（MICI）问题。MICI是一种基本的MHD过程，其可以在诸如日冕的高伦德奎斯特数等离子体中产生锐电流层和随后的重连和加热[Ng和Bhattacharjee，Phys. Plasmas，5，4028（1998）]。由于薄电流层的形成，它是非常可取的，使用自适应或静态细化网格来解决他们，并在同一时间保持精度。的频谱元素静态自适应细化模拟的输出进行了比较，使用有限差分法在相同的细化网格的模拟，这两种方法进行比较，伪谱模拟均匀网格作为基线。结果表明，与静态细化网格大致线性缩放与有效分辨率，谱元素运行可以保持精度显着高于有限差分运行，在某些情况下，实现接近全谱精度。
2007-11-25 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.comp-ph
TRIMEG-GKX: an electromagnetic gyrokinetic particle code with a Piecewise Field-Aligned Finite Element Method for Micro- and Macro-Instability Studies in Tokamak Core Plasmas
本文介绍了TRIMEG-GKX电磁回旋动理学粒子代码，其采用面向对象编程、无滤波器处理和高阶分段场对齐有限元方法，通过粒子分解和域克隆并行化，成功应用于托卡马克核心等离子体微观和宏观不稳定性研究。
2025-04-30 physics.comp-ph 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
Electromagnetic ion cyclotron instability stimulated by the suprathermal ions in space plasmas: A quasi-linear approach
在贫碰撞空间等离子体中，垂直于背景磁场方向上具有过剩动能或温度的质子会激发电磁离子回旋（EMIC）不稳定性。这种不稳定性预计是高度敏感的超热质子，这提高了所观察到的速度分布的高能量的尾巴，以及再现的（双）卡帕分布函数。在本文中，我们提出了一个改进的准线性（QL）方法的结果，能够描述超热质子的EMIC不稳定性的扩展时间演化的影响。结果表明，超温流对EMIC不稳定性有系统的刺激作用，不仅使不稳定波数的增长率和范围增大，而且使饱和时的磁涨落能量密度增大.实际上，各向异性温度的弛豫也变得更有效，即，在时间上更快，更接近于各向同性。
2020-12-17 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Nonlinear Coupling of Electromagnetic and Spin-Electron-Acoustic Waves in Spin-polarized Degenerate Relativistic Astrophysical Plasma
研究有限振幅电磁波在部分自旋极化简并等离子体中传播引发的不稳定性，发现其源于电磁波与纵向自旋电子声波的相互作用，且不稳定性随自旋极化增强而增加。
2022-02-23 astro-ph.HE physics.plasm-ph
An Obliquely Propagating Electromagnetic Drift Instability in the Lower Hybrid Frequency Range
采用局域双流体理论，我们研究了由交叉场电流或电子和离子之间的相对漂移驱动的低混合频率范围内的斜传播电磁不稳定性。该理论自洽地考虑了局部交叉场电流和伴随的压力梯度。研究发现，当相对漂移较大时，不稳定性是由运动电子系中向后传播的哨声（快）波与离子系中向前传播的声波（慢）波之间的反应耦合引起的。我们考虑的不稳定波斜向传播的未扰动磁场，并具有混合极化与显着的电磁分量。不稳定性的物理图像出现在局部近似的大波数特性的限制。主要的正反馈机制是基于通过诱导的洛伦兹力压缩电子流体来增强初始电子密度扰动。所得波与实验室等离子体中重联电流片中测得的电磁涨落定性一致。
2006-11-14 astro-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
Numerical instability due to relativistic plasma drift in EM-PIC simulations
采用理论和计算机模拟相结合的方法，研究了在电磁粒子模拟中观察到的等离子体以相对论速度漂移的数值不稳定性。本文导出了以相对论速度漂移的冷等离子体的数值色散关系，发现漂移等离子体的束模与系统中的电磁模之间的耦合导致了不稳定性。通过求解相应的数值色散关系，探讨了各种模拟装置和麦克斯韦方程求解器在傅立叶空间中的不稳定性的特征模式。此外，基于这些特征模式，我们推导出的不稳定性增长率的渐近表达式。该渐近表达式大大加快了不稳定增长率的计算速度，并使最小增长率的参数扫描在全三维情况下也是可行的。将计算结果与仿真结果进行了比较，发现两者吻合较好，这些结果可以作为指导，以发展可能的途径，以减轻不稳定性。我们检查使用的光谱求解器，并表明，这样的求解器结合低通滤波器的截止值为$|\vec{k}|$基本上消除了不稳定性，同时不修改物理感兴趣的模式。频谱求解器的使用还为最低布里渊区中的电磁模式提供了最小的误差。
2012-11-29 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Secondary instability of electromagnetic ion-temperature-gradient modes for zonal flow generation
本文推导了考虑有限$β$电磁效应的环形离子温度梯度（ITG）模式产生纬向流的解析模型。推导是基于离子和电子的流体模型，并考虑到线性和非线性$β$的影响。针对典型的托卡马克等离子体参数，研究了有限等离子体$β$对带状流增长率（$γ_{ZF}$）标度的影响。结果表明，在获得$γ_{ZF}/γ_{ITG}>>1$的地方，接近边缘稳定的纬向流是重要的。在该区域中，参数$γ_{ZF}/γ_{ITG}$随$β$增加，表明ITG湍流和相关传输随$β$以比纯线性或准线性分析所预期的更快的速率减少。
2011-08-08 physics.plasm-ph
Variational Formulation of Macro-Particle Models for Electromagnetic Plasma Simulations
本文用变分法导出了一个用于相对论电磁动力学等离子体模拟的自洽宏观粒子模型。扩展了以前的工作[E. G. Evstatiev和B. A. Shadwick，J. Comput.物理、第245卷，第245页。376-398，2013]，电磁低拉格朗日函数的离散化是通过将相空间分布函数约化到任意形状的有限尺寸宏观粒子集合上并将场量离散化到空间网格上来执行的。这种方法可以与实验室框架坐标或移动窗口坐标一起使用;后者可以大大提高计算效率，用于研究某些类型的激光-等离子体相互作用。变分法的主要优点是保持了拉格朗日对称性，在我们的例子中，这导致了能量守恒，从而避免了网格加热的困难。此外，这种方法将颗粒尺寸从网格间距中分离出来，并放松了对颗粒形状的限制，从而降低了数值噪声。变分方法也保证了一致的近似运动方程，并服从高阶方法在空间和时间。我们把注意力限制在1-1/2维的情况下（一个坐标和两个动量）。仿真结果表明，新的模型和节能和低噪声。
2014-04-21 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Elementary model of internal electromagnetic pinch-type instability
本文用数值方法分析了由固体壁围成的、带有均匀电流的无粘导电液体的半无限平板层中的夹持型不稳定性。我们的模型尽可能简单，但仍然捕捉到了不稳定性的显著特征，否则可能会被更全面的数值模型和实验室实验的技术细节所掩盖。首先，我们表明，在液体金属，这是相对较差的导体的不稳定性，显着不同的天体物理学相关的泰勒不稳定性。在液态金属中，不稳定性在磁响应时间尺度上发展，这取决于电导率，并且比Alfvén时间尺度长得多，在Alfvén时间尺度上，泰勒不稳定性在良好导电的流体中发展。其次，我们证明了这种不稳定性是由磁场曲率引起的边缘效应，其增长率由线电流密度决定，与系统尺寸无关。我们的研究结果表明，这种不稳定性可能会影响未来的液态金属电池，当它们的尺寸达到几米时。
2017-02-16 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Electromagnetic turbulence driven by the mixed mode instability
在继续以前的工作，数值结果，关于相对论逆流等离子体。在这里，相对论混合模式不稳定性的演变，通过和超越，线性饱和-以及进入非线性制度。除了证实早期的研究结果，即波功率最初在混合模式分支上达到峰值外，还观察到，在后期演化过程中，波功率被转移到其他波数。有人认为，在波数空间的各向同性的功率可能是弱湍流的后果。此外，观察到的理想弱湍流极限的一些修改。发展几乎各向同性的主要是静电-部分电磁-湍流光谱具有相关性时，考虑等离子体的光谱发射特征，即韧致辐射，分别磁韧致辐射（同步辐射和抖动辐射）从相对论冲击天体物理射流和冲击从伽马射线暴和活动星系核。
2008-08-29 astro-ph physics.plasm-ph
Quantum Weibel Instability
本文分析了Wigner-Maxwell模型描述的量子等离子体的韦伯不稳定性。对于适当的电磁势，Wigner-Maxwell系统被线性化，得到横向电磁波的一般色散关系。对于具有温度各向异性的双高斯平衡，导出的色散关系推广了经典的韦伯不稳定性方程。更详细的分析结果得到极端温度各向异性的情况下，并为三维水囊分布。在所有情况下，量子效应倾向于削弱或抑制不稳定性。应用程序进行了讨论，如白矮星和中子星，以及隧道电离等离子体与可控的垂直等离子体温度的致密天体物理对象。
2007-11-06 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
Effects of suprathermal electrons on the proton temperature anisotropy in space plasmas: Electromagnetic ion-cyclotron instability
例如，在来自太空的缺乏碰撞的等离子体中，在太阳风和行星磁层中，等离子体粒子的动力学各向异性预计将受到动力学不稳定性的调节。在垂直于磁场$(~T_\perp >T_\parallel)$方向的离子（质子）温度的驱动下，电磁离子回旋（EMIC）不稳定性足够快，可以抑制质子的各向异性，但观测结果与双麦克斯韦等离子体粒子模型的标准理论所预言的不稳定性阈值不符。本文提出了一个扩展的调查EMIC不稳定性的存在下，超热电子是无处不在的，在这些环境中。该分析是基于动力学（弗拉索夫-麦克斯韦）理论，假设这两个物种，质子和电子，可能是各向异性的，和EMIC不稳定的解决方案的数值推导提供一个准确的描述通常遇到的条件下，在空间等离子体。超热布居的效应是由电子的各向异性和电子与质子之间的温度差触发的。在一定条件下，各向异性阈值超过了在太阳风中测得的质子各向异性的极限，大大抑制了EMIC模的不稳定区域。
2016-05-11 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Electromagnetic ion-cyclotron instability in a dusty plasma with product-bi-kappa distributions for the plasma particles
研究了尘埃等离子体中平行传播的离子回旋波的色散关系，考虑了等离子体粒子沿垂直方向的速度色散大于沿平行方向的速度色散的情况，并考虑了等离子体粒子采用乘积双κ（PBK）速度分布的情况.数值求解色散关系得到的结果表明，在电子具有各向同性麦克斯韦分布，离子具有PBK分布的情况下，电磁离子回旋不稳定性（EMIC）的发生，并表明PBK离子分布的kappa指数的减小导致增长率的大小和不稳定性发生的波数范围的显著增加.另一方面，对于离子的各向异性麦克斯韦分布和电子的PBK分布，PBK电子分布中的kappa指数的减小有助于降低EMIC不稳定性的增长率，但降低效果不如具有相同$κ$指数的离子PBK分布所获得的增加明显。得到的结果还表明，作为一般规则，尘埃人口的存在有助于减少增长率和范围的大小的不稳定性，但在小kappa指数的PBK离子分布的情况下，不稳定性可能会继续发生的尘埃人口，这将完全消除双麦克斯韦离子分布的情况下的不稳定性。还可以看出，对于等效的有效温度值，由于离子PBK分布中的kappa指数引起的各向异性在产生EMIC不稳定性方面不如垂直和平行离子温度的比率有效。
2016-12-09 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Electromagnetic PIC simulation with highly enhanced energy conservation
本文提出了一种基于时空扩展的粒子细胞模型的电磁PIC（EM-PIC）算法。在这个模型中，粒子是在拉格朗日标记周围随时间和空间延伸的形状对象。由这些粒子携带的源被完全加权到模拟域的时空单元的中心和面上。加权法是由赋形粒子电荷守恒的含义导出的。通过求解模拟网格无源区上的麦克斯韦方程组，我们将求解这些方程组的问题归结为求解该网格上无源区上的场值。该模型（以及其他PIC模型）中的主要误差来源被确定为粒子标记位置与其分配源在时间和空间中的位置不匹配。通过对违反能量守恒的评价，研究了运动方程积分的蛙跳格式与这种差异的关系。我们得出的结论是，代替蛙跳，我们应该同时积分运动方程。虽然粒子动量方程是时间隐式的，但我们可以用校正-预报方法求解。通过这种方式，我们得到了很好的改善，在节能相比，现有的蛙跳电磁模型。我们的二维EM-PIC代码的结果进行测试的理论。
2011-09-08 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Kinetic whistler instability in a mirror-confined plasma of a continuous ECR ion source
本文研究了在GISMO装置上，在镜面磁阱中连续ECR放电的稠密等离子体中的动力学不稳定性。我们实验定义不稳定的制度和相应的等离子体参数，在那里观察到的电磁发射的激发，伴随着从磁阱的高能电子的沉淀。沉淀电子能量分布和等离子体电磁发射光谱的综合实验研究，连同回旋不稳定性增量的理论估计证明，在实验条件下，所观察到的不稳定性与哨声模式波的激发有关，哨声模式波是从磁阱中损失高能电子的驱动器。本研究的结果对于GISMO ECRIS装置的进一步发展和改进其作为离子源的参数具有重要意义。此外，等离子体动力学不稳定性的研究是根本的兴趣，并提供了实验工具，同时研究等离子体的电磁活动和相应的变化，在共振电子能量分布。
2023-01-11 physics.plasm-ph
Quantum kinetic theory of the filamentation instability
从规范不变的Wigner-Maxwell系统出发，重新导出了多组分等离子体的量子电磁介电张量，并给出了与经典形式非常相似的形式。由此产生的表达式，然后应用到量子动力学理论的电磁双折射不稳定性。与包含玻姆压力项的量子流体理论和冷经典等离子体结果进行了比较。导出了截止波矢、最大增长率和最不稳定波矢的解析表达式。
2011-05-10 physics.plasm-ph quant-ph
Nonlinear propagation of broadband intense electromagnetic waves in an electron-positron plasma
提出了描述强电磁脉冲在正负电子等离子体中非线性演化的动力学方程。分析了相对论强部分相干脉冲的调制不稳定性，发现调制不稳定性受到脉冲谱宽的抑制。对一维动力学光子方程进行了数值研究。计算机模拟揭示了局域宽带脉冲的Fermi-Pasta-Ulam类复现现象。这一结果对于理解宽带强电磁脉冲在激光等离子体系统中e-p等离子体中的非线性传播以及天体物理等离子体环境中的作用具有重要意义。
2006-07-19 physics.plasm-ph
Electromagnetic emission from plasma with counter-streaming electron beams in the regime of oblique instability dominance
本研究通过粒子模拟探讨反向传播电子束注入等离子体产生电磁辐射的问题，发现激发小尺度斜等离子体振荡可实现高束辐射转换效率，辐射产生于等离子体频率二次谐波附近，且效率与光谱不依赖束厚度，系统参数可由精确线性理论确定。
2023-08-04 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Electrostatic and electromagnetic instabilities associated with electrostatic shocks: two-dimensional particle-in-cell simulation
本文采用二维电磁粒子模拟方法研究了相对高速（~3000 km/s^-1）等离子体流中的静电无碰撞激波，以及激波周围可能产生的静电和电磁不稳定性对激波动力学的影响。结果表明，静电离子-离子不稳定性可以发展在前面的冲击，在那里的等离子体是在逆流条件下，具有高度倾斜的波矢，如前所述。由静电离子-离子不稳定性产生的静电势斜向激波表面传播，变得与激波势相当，最终激波结构被破坏。结果还表明，在激波前，束-韦伯不稳定性也逐渐增强，从而表明束-韦伯不稳定性产生的磁场在激波的长期演化中起重要作用，并且在静电激波消失后很长时间内，韦伯介导的激波才形成。还观察到，二次静电冲击形成在初级静电冲击前面的反射离子中。
2010-03-05 astro-ph.HE physics.plasm-ph
A dual grid geometric electromagnetic particle in cell method
Ruhr University Bochum（波鸿鲁尔大学）；Max Planck Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
本文提出一种基于模拟有限差分和交错双网格的几何电磁粒子网格方法，避免质量矩阵求逆，并通过数值实验验证其守恒性质及参数影响。
2025-11-07 cs.NA math.NA physics.plasm-ph
On the Filamentation Instability in Degenerate Relativistic Plasmas
利用动量方程、连续性方程和麦克斯韦方程组研究了强简并欠密等离子体中电磁（EM）束的偏转不稳定性。结果表明，无论是弱相对论简并等离子体还是强相对论简并等离子体，以及任意强振幅的电磁光束，都存在不稳定性。
2018-12-27 physics.plasm-ph
Electron current drive by fusion-product-excited lower hybrid drift instability
我们提出的第一性原理模拟的直接碰撞耦合的自由能的聚变出生的离子到电子流在磁约束聚变等离子体。这些模拟首次展示了托卡马克实验中某些“阿尔法通道”方案的关键组成部分。采用完全自洽的电磁场1D3V粒子模拟程序，模拟了3MeV质子在10keV热氘电子等离子体中的平行漂移环束分布。集体不稳定性在较低的混合频率范围内引起电磁场活动。这些自发激发的倾斜传播波在共振电子上经历朗道阻尼，在电子平行速度分布中绘制出不对称的尾部，其携带电流。
2010-09-06 physics.plasm-ph
Axisymmetric Charge-Conservative Electromagnetic Particle Simulation Algorithm on Unstructured Grids: Application to Microwave Vacuum Electronic Devices
提出了一种2.5维电荷守恒电磁粒子单元（EM-PIC）算法，用于分析圆柱对称（轴对称）真空电子器件（VED）。我们探讨的轴对称存在于设备的几何形状，字段和源，以减少从3D到2D的问题的维数。此外，我们探索“变换光学”的原则，将原来的问题在极坐标系中的笛卡尔坐标系中的一个等效的问题与一个有效的（人工）不均匀介质的介绍。由此产生的问题，在子午面离散使用非结构化的二维网格考虑TE极化场和适当缩放的费用。电磁场和源变量（基于节点的电荷和基于边缘的电流）表示为不同程度的微分形式，并使用惠特尼形式离散化。利用蛙跳时间积分，我们得到了全离散麦克斯韦方程组的混合有限元时域格式。我们实现了一个本地和显式的时间更新的场方程采用稀疏近似逆（SPAI）算法。将场值插值到粒子的位置以求解牛顿-洛伦兹运动方程也通过惠特尼形式完成。粒子是先进的使用鲍里斯算法与相对论修正。在散射步骤中，我们在为2维非结构化网格量身定制的电荷守恒散射方案的顶部应用径向比例因子。作为验证的例子，我们演示了模拟，调查的物理性能的VEDs设计利用粒子聚束效应所产生的相干（共振）切伦科夫电子束相互作用内的微机械慢波结构。
2017-06-23 physics.plasm-ph
Geometric numerical discretization of electromagnetic quasineutral models
Max Planck Institute for Plasma Physics（马普等离子体物理研究所）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
将几何电磁PIC框架GEMPICX扩展到准中性Vlasov-Maxwell方程，使用仿射有限差分在双网格上离散，通过隐式求解curl-curl方程获得电场，并用拉格朗日乘子维持电流密度散度为零。
2026-06-23 physics.plasm-ph
Unstable electromagnetic modes in strongly magnetized plasmas
确定了强磁化等离子体中可能不稳定的电磁模。该制度的不稳定性可能会脱颖而出相比，非相干电子回旋辐射进行了探讨。这些模式与惯性约束聚变和伽马射线暴有关。
2012-11-03 astro-ph.HE physics.optics physics.plasm-ph
Kinetic theory of electromagnetic ion waves in relativistic plasmas
本文导出了相对论冷等离子体中电磁离子波的动力学理论。宽带电磁离子波的动力学方程耦合到缓慢的密度响应，通过有质动力驱动的声学方程，如在电磁场振幅的线性项。调制不稳定性的增长率推导出一个任意频谱的波。单色和随机相位的情况下进行了研究。
2006-08-12 physics.plasm-ph
Counter-Streaming Beams in Collisionless Pair Plasma Instability Systems I: Evolution and Parameterization of the Weibel Instability
本文利用粒子模拟的谱分析和物理场演化，研究了Weibel不稳定性在不同初始反向流束参数下的演化过程，观察到次级不稳定性、电磁波激发及丝状合并现象。
2025-07-15 physics.plasm-ph
Proton deflectometry with in situ x-ray reference for absolute measurement of electromagnetic fields in high-energy-density plasmas
我们报道了一种质子偏转技术，它使用网格和原位参考X射线网格图像精确测量高能量密度等离子体中的磁场。D $^3$ He聚变内爆提供了质子和X射线的亮点源，该亮点源被网格分成细光束。质子在通过感兴趣的等离子体区域传播时发生偏转，而X射线则沿直线传播。因此，X射线图像提供零偏转参考图像。线集成磁场推断从偏转（质子）和参考（X射线）图像之间的子束的移位。我们开发了一个系统来分析这些数据，包括自动算法来找到小束的位置，并计算它们从参考图像的偏转。该技术在OMEGA进行的测量真空中的非均匀磁场的实验中得到了验证，然后应用于观察膨胀等离子体羽流与磁场的相互作用。
2021-10-27 physics.plasm-ph
Vlasov-Maxwell, self-consistent electromagnetic wave emission simulations in the solar corona
1.5D Vlasov-Maxwell模拟首次在太阳物理学背景下采用完全自洽的等离子体动力学模型来模拟电磁辐射的产生。模拟模拟等离子体发射机制和拉莫尔漂移不稳定的等离子体线程，连接太阳到地球的空间尺度压缩适当。研究了空间密度梯度对电磁辐射产生的影响。结果表明，具有横向于密度梯度的均匀背景磁场的1.5维非均匀等离子体是非周期不稳定的Larmor漂移不稳定性。后者导致在等离子体频率下产生电磁发射的新效果。当密度梯度被去除时（即当等离子体变得稳定到拉莫尔漂移不稳定性时），并且在垂直于磁场的方向上沿着域注入$low$密度、超热、热束时，等离子体发射机制产生非逃逸朗缪尔型振荡，其又产生逃逸电磁辐射。发现在注入光束的空间位置，激发出以等离子体频率振荡的驻波。这些可以用来解释在某些动力学谱中观察到的水平条带。准线性理论预测：（i）电子自由流动和（ii）束长弛豫时间，符合解析表达式，证实通过直接，全动力学模拟。最后，通过考虑$dense$电子束在Larmor漂移不稳定（非均匀）等离子体中的作用，研究了Larmor漂移不稳定性与等离子体发射机制的相互影响。http://www.maths.qmul.ac.uk/~tsiklauri/movie1.mpg http://www.maths.qmul.ac.uk/~tsiklauri/movie2.mpg * http://www.maths.qmul.…
2010-10-20 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The gyrokinetic field invariant and electromagnetic temperature-gradient instabilities in `good-curvature' plasmas
University of Oxford（牛津大学）；Merton College, Oxford（牛津大学默顿学院）；Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；University of Otago（奥塔哥大学）
本研究通过回旋动理学场不变量解释了曲率驱动不稳定性的局域特性，证明良曲率区不稳定模式必为电磁性，提出新型磁漂移模式并探讨其在高β聚变等离子体中的意义。
2025-01-20 physics.plasm-ph
Gyrokinetic global simulation of Alfvenic ion temperature gradient mode in reversed magnetic shear
Max Planck Institute for Plasma Physics（马普等离子体物理研究所）；Institute for Fusion Theory and Simulation, Zhejiang University（浙江大学聚变理论与模拟研究所）
使用陀动理学粒子-网格模拟系统研究了反向磁剪切磁约束聚变等离子体中由温度梯度驱动的电磁不稳定性，识别出一种弱剪切阿尔芬离子温度梯度模（WSAITG），并发现其由通行粒子共振驱动。
2026-05-29 physics.plasm-ph
Investigating the Lower Hybrid Drift Instability in Reconnecting Current Sheets Using a Hybrid Kinetic Model (ssV Code)
Max-Planck Institute for Plasma Physics（马普等离子体物理研究所）；KU Leuven（荷语鲁汶大学）
本研究利用ssV代码的混合动力学模型，探究再连接电流片中低杂漂移不稳定性的非线性演化，发现其可增强反常电阻并可能促进快速磁重联。
2025-10-07 physics.plasm-ph
Nonlinear photon-plasma interaction and the black hole superradiant instability
本文研究吸积黑洞附近等离子体对电磁场的非线性作用，发现等离子体吹出效应导致能量泄漏，从而抑制超辐射不稳定性，即使在最乐观情况下也显著降低其效率。
2023-12-28 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
BO 2.0: Plasma Wave and Instability Analysis with Enhanced Polarization Calculations
除了波矢量$\bm k$和复频率$ω$之间的关系之外，波偏振对于表征等离子体波的性质是有用的。电磁场的偏振态$δ\bm E$和$δ\bm B$在等离子体物理研究中有着广泛的应用。在这里，我们推导出方程的密度和速度扰动，$δn_s$和$δ{\bm v}_s$，分别在电磁动力学等离子体色散关系中的每个物种，通过使用它们的关系到物种电流密度扰动$δ{\bm J}_s$。然后，我们比较结果与另一种常用的等离子体色散代码（WHAMP）和与多流体等离子体色散关系。我们还总结了一些有用的极化量，如磁椭圆率，磁椭圆长轴的取向，各种场能和动能的比值，组分压缩性，平行相比，阿尔文比等，这对等离子体物理研究，特别是空间等离子体研究是有用的。这项工作是BO电磁色散代码[H. S. Xie，Comput. Phys.Comm.244（2019）343-371]，以增强其极化计算并包括求解电磁磁化多流体等离子体色散关系的能力。
2021-03-30 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Electromagnetic Proton Beam Instabilities in the Inner Heliosphere: Energy Transfer Rate, Radial Distribution, and Effective Excitation
在太阳风中经常观察到不同离子种类之间的差异流动，这种离子差异流动可以提供驱动Alfvén/离子回旋和快磁声/哨声不稳定性的自由能。以前的工作主要集中在离子束不稳定性下的参数代表的太阳风附近1 au。本文利用内日球层磁场和等离子体参数的径向模型进一步研究了质子束流的不稳定性。我们探讨了一个全面的分布质子束不稳定性的日心距离和束速的函数。我们还对不稳定波和粒子之间的能量转移进行了详细的分析，并量化了质子束的自由能流入不稳定波和其他种类的粒子物种（即，质子核、α粒子和电子）。这项工作澄清了平行和垂直电场都是负责激发斜阿尔文/离子回旋和斜快磁声/哨声不稳定性。此外，这项工作提出了一个有效的增长长度来估计是否有效地激发不稳定性或没有。结果表明，质子束在太阳大气中以600-1300 km/s $\sim$的速度漂移，可以有效地驱动斜向Alfvén/离子回旋不稳定性、斜向快磁声/哨声不稳定性和斜向Alfvén/离子束不稳定性.特别是，在太阳大气中驱动的倾斜阿尔文/离子回旋波可以在其中显着阻尼，导致太阳日冕加热。这些结果有助于了解质子束流在日光层内的动力学，并可以通过现场卫星测量进行验证。
2021-10-29 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Nonlinear electromagnetic-wave interactions in pair plasma: (I) Non-relativistic regime
本文是数值研究电磁波与等离子体非线性相互作用的系列文章中的第一篇。我们开始与非磁化对等离子体，其中的主要过程是诱导（康普顿）散射和双折射不稳定性。在本文中，我们考虑波的电子振荡是非相对论性的。在这里，数值结果可以与分析理论相比较，从而促进适当的数值工具和框架的开发。我们提取的分析理论，调和等离子体和辐射转移图片诱导散射和详细的调制/调制不稳定性的动力学理论的发展。我们进行均匀的数值模拟，使用粒子在细胞的代码EPOCH和Tristan-MP，单色波和波包。我们表明，这两个过程的模拟与理论预测是一致的，为分析高度非线性制度的阶段。
2021-11-01 astro-ph.HE 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
Kinetic Simulations of the Filamentation Instability in Pair Plasmas
本研究通过全动力学PIC模拟揭示非磁化成对等离子体中丝状不稳定性形成密度丝及波导式传播的机制，并估算并合时间尺度及其对FRB观测的影响。
2023-04-07 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Self-consistent kinetic simulations of lower hybrid drift instability resulting in electron current driven by fusion products in tokamak plasmas
我们提出的粒子在细胞（PIC）模拟氘等离子体中的少数高能质子，这表明了集体不稳定性负责发射附近的较低的混合频率及其谐波。模拟捕捉低混合漂移不稳定性的制度相关的托卡马克聚变等离子体，并进一步表明，激发的电磁场集体和无碰撞耦合自由能从质子到定向电子运动。这导致反平行于磁场的不对称尾部。我们专注于斜传播模式下的条件下近似的外中平面边缘在一个大型托卡马克，通过它有通过限制中心出生的融合产品香蕉轨道，有大的径向偏移。一个完全自洽的电磁相对论PIC代码表示所有的矢量场量和粒子速度在三维空间作为一个单一的空间维度的功能是用来模拟这种情况下，通过演变的初始反平行行进环束分布的3MeV质子在背景10keV麦克斯韦氘等离子体与现实的离子-电子质量比。因此，模拟展示了一个关键的建筑块α通道的情况下燃烧聚变等离子体托卡马克。
2010-10-11 physics.plasm-ph
Oblique instability and electron acceleration in relativistic unmagnetized cloud-plasma interaction
采用线性分析和粒子模拟方法研究了相对论非磁化云-等离子体相互作用。本课程由注入静止环境等离子体的电子离子云组成，长期以来一直是实验室和空间等离子体中最受欢迎的主题。倾斜电磁不稳定性占主导地位的不稳定频谱。在与产生的电磁场的相互作用中，云电子与周围的电子完全混合，形成热电子群。云离子的速度，然而，并没有改变显着的初始体速度。当该离子云传播到等离子体中时，它产生一个静电场，该静电场可以将电子加速到电子和离子之间的能量均分。静电场以消耗离子的动能为代价被放大，并且其空间尺度是电子趋肤深度的数量级。因此，在这样的静电场中的电子加速是非磁化等离子体中电子预加速的可能过程。
2018-11-24 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Dispersion and thermal effects on electromagnetic instabilities in the precursor of relativistic shocks
费米加速可以有效地发展在相对论性无碰撞冲击波提供上游（未受冲击）等离子体是弱磁化。在低磁化下，冲击前兆的大尺寸确实为电磁微不稳定性的增长提供了足够的时间，并且这种微不稳定性产生小尺度湍流，这又提供了所需的散射。本论文扩展了我们以前的分析，这些微观不稳定性的发展，占有限的角度分散束的反射和加速粒子，并占预期的加热的上游电子在冲击前兆。我们发现，只要上游等离子体的电子保持冷态，斜向双流不稳定性可以在激波洛伦兹因子gamma_{sh} ~10的范围内工作，而在此范围内，偏转不稳定性被强烈抑制;然而，当电子被加热到相对论温度时，情况变得相反，双流不稳定性被抑制，而双折射模式变得有效，即使在冲击洛伦兹因子的中等值下。这些不稳定性的峰值波长从惯性电子尺度向质子惯性尺度迁移，因为背景电子在冲击前兆的交叉过程中逐渐被加热。我们还讨论了冲击上游电流驱动的不稳定性的作用。特别是，我们表明，返回/加速粒子通过其在背景磁场中的旋转产生横向电流。我们发现，在背景等离子体中的补偿电流可以导致布尼曼不稳定性，提供了一个有效的电子加热源。[摘要]
2011-07-27 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.plasm-ph
Electromagnetic Electron Kelvin-Helmholtz Instability
本文解析研究了无碰撞等离子体中阶跃电子剪切流触发的电磁电子开尔文-亥姆霍兹不稳定性，发现其发生需打破理想电子磁冻结条件并由磁通量守恒取代，得出了该不稳定性的触发阈值及量级为电子回旋频率的增长率。
2025-03-01 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Proton fire hose instabilities in the expanding solar wind
利用二维混合膨胀箱模拟方法研究了无碰撞均匀等离子体中连续驱动的平行质子温度各向异性与消防水龙带不稳定性之间的竞争。对于准径向环境磁场的膨胀驱动$T_{\mathrm{p}\|}>T_{\mathrm{p}\perp}$和系统变得最终不稳定的优势平行消防水带的不稳定性。这种不稳定性通常不能抵消诱导的各向异性，并且系统通常在之后相对于倾斜消防水龙带不稳定性变得不稳定。倾斜不稳定性有效地降低了各向异性，并且系统迅速稳定，同时产生的电磁波动的显著部分被阻尼为质子。只要磁场处于准径向方向，这种演化就会重复，电磁涨落就会累积。对于足够倾斜的磁场，膨胀驱动$T_{\mathrm{p}\perp}>T_{\mathrm{p}\|}$并使系统相对于消防水龙带不稳定性进入稳定区域。
2017-01-13 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Electromagnetic instabilities of low-beta alpha/proton beams in space plasmas
不同种类或粒子群之间的相对漂移是太阳等离子体流出的特征，例如，在太阳风、日冕物质抛射和行星际冲击的快速气流中。本文的特点的分散性和稳定性的低β α/质子漂移在没有任何固有的热各向异性，这通常是调用，以刺激各种不稳定性。这里推导的色散关系描述了不稳定性的全谱及其随传播角度和等离子体参数的变化。结果揭示了电磁质子回旋和α回旋模式的不稳定性之间的潜在竞争。对于特定于低β太阳风的条件，例如，在外日冕的低日心距离处，不稳定性作用于α回旋分支。的α回旋模式的增长率系统地刺激（平行）等离子体β和/或α-质子的温度比。因此，人们可以预期，即使在没有温度各向异性的情况下，这种不稳定性也会发展，有可能有助于对所观察到的α粒子漂移进行自洽调节。
2020-06-11 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
