Runaway electron synchrotron radiation in a vertically translated plasma
托卡马克装置中逃逸电子的同步辐射与逃逸电子束的位置、大小、逃逸电子能量和间距分布以及观测者的位置有关。我们表明，实验同步辐射图像的垂直移动失控的电子束扫过探测器在TCV托卡马克同意与合成同步辐射诊断软件的预测。该实验验证为综合诊断的理论基础提供了信心，该综合诊断用于基准理论模型和探测失控动态。我们提出了一个比较TCV的同步辐射测量与一致磁场中失控动力学的动力学理论的预测。我们发现，要解释检测到的同步辐射，显着的非碰撞俯仰角散射以及径向运输的RE将是必要的。这种效应可能是由磁扰动的存在引起的，这应该在未来的TCV实验中进一步研究。
2020-08-18 physics.plasm-ph
Synchrotron radiation from a curved plasma channel laser wakefield accelerator
在弯曲的等离子体通道中引导的激光脉冲可以激发尾场，该尾场使电子沿着拱形轨迹转向。当电子沿着弯曲的通道加速时，它们发射出同步辐射。我们提出了简单的分析模型和模拟研究激光脉冲引导，尾场产生，电子转向，和同步辐射在弯曲的等离子体通道。对于实验上可实现的参数，~ 2GeV的电子每厘米发射0.1个光子，平均光子能量为多个keV。
2016-11-02 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Identification of MHD compressible modes in interstellar plasma with synchrotron emission polarization
我们提供了一个程序，用于识别占主导地位的可压缩和Alfvenic MHD模式或各向同性湍流的同步辐射辐射偏振图的银河系天体。给出了北银河极、猎户座分子云复合体和天鹅座X星形成复合体的结果。
2022-06-17 astro-ph.GA physics.plasm-ph
On the synchrotron emission in kinetic simulations of runaway electrons in magnetic confinement fusion plasmas
在磁约束核聚变（MCF）等离子体中，如何避免或减缓逃逸电子（RE）的产生，对ITER的安全运行具有重要意义。为了开发这些策略，需要精确的诊断能力，允许在这些等离子体中的RE分布函数的良好估计。在MCF中RE的同步辐射（SR）除了是RE在高能相对论区域中的主要阻尼机制之一之外，在当前的MCF实验中常规地用于推断RE能量和俯仰角分布函数的参数。在本文中，我们解决了长期存在的问题，不同的RE分布函数和它们相应的同步辐射之间的关系，同时包括：全轨道效应，每个电子的SR的光谱和角分布的信息，和基本的几何光学相机。我们研究了极向平面上的空间分布，以及逃逸电子同步辐射谱期望值的统计特性。我们观察到相机测量的同步辐射对RE的俯仰角分布有很强的依赖性，即我们发现相机测量的SR空间分布的新月形形状与小俯仰角的RE分布有关，而椭圆形形状与较大俯仰角的失控分布有关。由相机测量的同步辐射与RE能量、边缘处的q分布的值和所选波长范围的弱依赖性被观察到。此外，我们发现，过度简化的SR的角度依赖性的变化的同步辐射光谱的形状，并高估其振幅约20倍的雪崩RE和约60倍的单能量分布的失控。
2017-07-13 physics.plasm-ph
Synchrotron-driven instabilities in relativistic plasmas of arbitrary opacity
本文研究相对论性等离子体在光学厚度增加时同步辐射驱动不稳定性的变化，通过扩展Fokker-Planck算子至完全相对论情形，发现高能电子光子易逃逸，并确定控制不透明度的关键参数，表明高不透明度下等离子体趋于各向同性与稳定。
2024-07-18 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Self-absorption of synchrotron radiation in a laser-irradiated plasma
等离子体表面的电子被强度超过$10^{23}~\mathrm{W}\mathrm{cm}^{-2}$的激光照射后会被强烈加速，从而发出同步辐射的脉冲。虽然在等离子体表面的高光子和电子密度以及电磁场强度的组合使得粒子-粒子相互作用成为可能，但是这些相互作用通常在高强度区域的模拟中被忽略。在这里，我们演示了两个这样的过程：光子吸收和受激发射的实施。我们表明，对于不透明的激光等离子体，光子吸收将导致完全耗尽的同步光子光谱的多keV区域，除非由受激发射补偿。我们的结果激发了对强电磁场中QED现象的密度依赖性的进一步研究。
2021-05-11 hep-ph physics.plasm-ph
Bright synchrotron radiation from relativistic self-trapping of a short laser pulse in near-critical density plasma
在稠密气体等离子体中，短激光脉冲以相对论自陷模式传播，这使得激光能量能够有效地转换为加速电子。这种状态维持有效的负载，使加速电子的总电荷最大化，提供大量的电子感应加速器辐射。三维粒子模拟演示了这种机制如何触发具有0.1-1 MeV光子能量、低发散度和高亮度的X射线产生。结果表明，135 TW激光器可用于产生$>10$ keV能量的$3\times 10^{10}$光子，1.2 PW激光器可在相同能量范围内产生约$10^{12}$光子。对于高能光子，激光到伽马能量转换效率高达$10^{-4}$，$\sim 100$ keV，而到整个keV范围的X射线的转换效率估计为百分之零点几。
2021-05-01 physics.plasm-ph
Two-Phase Structure of Synchrotron-Cooling-Unstable Relativistic Plasma
University of Oxford（牛津大学）；Merton College, Oxford（默顿学院）；Lady Margaret Hall, Oxford（圣玛格丽特厅）；Stanford University（斯坦福大学）
通过解析理论、PIC模拟和流体模拟，揭示相对论同步辐射冷却无碰撞高β对等离子体因SCI与SFHI相互作用而丝化为两相介质，并提出流体模型预测其演化与出现时间。
2026-09-09 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Electron Tail Suppression and Effective Collisionality due to Synchrotron Emission and Absorption in Mildly Relativistic Plasmas
针对质子-硼11聚变中同步辐射损失的问题，提出基于新黑体同步辐射扩散算符的Fokker-Planck算符，发现磁镜等离子体中相对论垂直动量下电子尾部被显著抑制，辐射低于麦克斯韦-朱特纳分布预测。
2024-07-12 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Effect of bremsstrahlung radiation emission on distributions of runaway electrons in magnetized plasmas
韧致辐射是等离子体中高能电子的一种重要能量损失机制。本文研究了韧致辐射反应对二维动量空间中电子分布的影响。我们表明，韧致辐射的发射导致电子分布函数的非单调功能，并描述如何同时列入同步辐射和韧致辐射损失影响快电子的动力学。我们给出了定量表达式（1）最大电子能量可达到的存在下的韧致辐射损失和（2）当韧致辐射损失预计有一个更强的影响比同步辐射损失，并验证这些表达式的数值。我们发现，在典型的托卡马克方案，同步辐射损失将占主导地位的韧致辐射损失，除了在非常高的密度，如在大量的气体注入的情况下。
2015-11-12 physics.plasm-ph
Synchrotron radiation, pair production and longitudinal electron motion during 10-100PW laser solid interactions
在高于1023 W/cm 2的激光强度下，激光与等离子体的相互作用与较低强度下的相互作用在性质上不同。在这个强度范围内，固体靶开始变得相对欠密度，同步辐射产生的伽马射线开始成为动力学的重要特征，在更高的强度下，非线性Breit-Wheeler过程产生的电子-正电子对开始发生。以前的工作在这个强度制度已被认为是离子加速1，2，确定不同的机制为基础的等离子体物理的激光产生的γ射线3，4，5考虑的影响，目标参数对γ射线generation 6，并考虑创建固体密度正电子素等离子体3。然而，对这一制度的重要新物理学的完整联系的理解仍然缺乏。本文分析了靶密度、激光强度、靶预等离子体特性等参数对同步辐射γ射线转换效率、光谱和角分布的影响。分析了Breit-Wheeler对产生的重要性。
2013-12-18 physics.plasm-ph
Identification of plasma modes in Galactic turbulence with synchrotron polarization
磁流体动力学（MHD）湍流是普遍存在的，是许多天体物理现象的基本组成部分。星际介质的多相性和驱动机制的多样性导致了湍流特性的空间变化，特别是等离子体特性。到目前为止，在太阳系之外还没有对等离子体模式的观测诊断。在这里，我们报告的识别不同的等离子体模式在不同的银河系环境中，包括活跃的恒星形成区和超新星遗迹，根据我们的同步加速器偏振分析。天鹅座茧中观测到的$γ-$射线过剩和磁声模式位置之间的高度一致性为长期倡导的磁声模式主导宇宙线（CR）散射和加速的理论提供了强有力的观测证据。我们的结果为星际湍流的研究开辟了一条新的途径，并证明了在包括CR传输和恒星形成在内的所有相关过程中，解释其等离子体性质的必要性。
2021-02-21 astro-ph.GA physics.plasm-ph
Spatiotemporal evolution of runaway electrons from synchrotron images in Alcator C-Mod
在Alcator C-Mod托卡马克装置中，相对论逃逸电子（RE）的产生发生在低密度、转向等离子体放电的平顶电流阶段。由于高环向磁场（B = 5.4 T），RE同步辐射是由一个宽视角相机在可见光波长范围（~400-900 nm）测量。在本文中，超过一千相机图像的统计分析进行调查的等离子体条件下，观察到的同步辐射在C-Mod。此外，时空演化的RE在一个特定的放电进行了详细的探索，通过全面的分析失真校正的同步辐射图像。为了准确地预测RE能量，动力学求解器CODE [Landreman等人2014 COMPUT.物理通信185 847-855]用于在整个等离子体的六个位置处演化电子动量空间分布：磁轴和通量表面q = 1、4/3、3/2、2和3。这些结果以及实验测量的磁性拓扑结构和相机几何结构被输入到合成诊断SOFT [Hoppe et al 2018 Nucl. Fusion 58 026032]中，以模拟同步辐射和检测。有趣的空间结构附近的表面q = 2被发现与锁定模式的发病和增加MHD活动。此外，RE密度分布演变是适合通过比较实验合成图像，提供重要的洞察RE时空动力学。
2018-10-05 physics.plasm-ph
Synchrotron emission from nanowire-array targets irradiated by ultraintense laser pulses
我们提出了一个数值研究，基于二维粒子模拟，同步辐射诱导的飞秒激光脉冲强度$I=10^{21}-10^{23}\,\mathrm{Wcm}^{-2}$与纳米线阵列的相互作用过程中。通过广泛的参数扫描的目标参数，我们确定和表征几个占主导地位的辐射机制，主要取决于由导线膨胀产生的等离子体的透明度或不透明度。在$I=10^{22}\,\mathrm{Wcm}^{-2}$，对于$36-50\,\mathrm{nm}$线宽度和$1\,μ\mathrm{m}$间隔，高能（$>10\,\mathrm{keV}$）光子的发射达到$\sim 10\%$的最大转换效率。这种最大辐射产率与相同平均（亚固体）密度的均匀等离子体中实现的最大辐射产率相似，但纳米线阵列在更广泛的参数范围内提供了有效的辐射源。我们研究了光子谱随激光强度和金属丝材料的变化。最后，我们证明了在纳米线阵列的背面添加等离子体反射镜可以进一步提高辐射效率。
2018-06-06 physics.plasm-ph
Energy Balance Within Thermonuclear Reactors
热核反应堆为人类的未来带来了巨大的希望。在托卡马克和仿星器反应堆中，等离子体被扭曲的磁场限制。产生聚变能的反应堆自1978年普林斯顿大环托卡马克以来就已经存在，然而在迄今为止建造的所有反应堆中，等离子体的能量损失远远超过聚变能的产生。为了使热核电站运行，产生的聚变能量必须大大超过等离子体的能量损失。等离子体通过四个过程释放能量--中子辐射、韧致辐射、同步辐射和向壁的热传导。在氘氚反应堆中，聚变产生的能量有80%损失在中子辐射中，约4%~ 6%损失在韧致辐射和同步辐射中。对于氘- $^3$ He反应堆，聚变产生的能量有5%损失在中子辐射中，约50%~ 75%损失在韧致辐射和同步辐射中。提高反应堆工作温度可减少韧致辐射损失，增加同步辐射损失。传导的功率损失独立于或弱依赖于聚变功率产生。到目前为止，没有一个单一的理论或实验模型可以准确地预测传导功率损耗。对于小型托卡马克和仿星器，传导功率损失远远超过聚变产生的功率。对于尚未建造的大型和强大的热核反应堆，传导功率损失应远低于聚变产生的功率。
2021-12-21 physics.plasm-ph
Ring momentum distributions as a general feature of Vlasov dynamics in the synchrotron dominated regime
本研究采用Landau-Lifshiftz辐射反作用模型，证明同步辐射主导区中满足温度条件的各向同性热平衡等离子体会因辐射反作用形成环形动量分布，验证了该分布在相关等离子体环境中的普遍性。
2024-04-17 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Measurements of runaway electron synchrotron spectra at high magnetic fields in Alcator C-Mod
在Alcator C-Mod托卡马克装置上，进行了低密度平顶等离子体放电过程中逃逸电子（RE）的实验研究，实验条件为2.7、5.4和7.8 T三种磁场，其中最后一种磁场是迄今为止在托卡马克装置上产生和测量RE的最高磁场。时间演变的同步辐射光谱测量在可见光波长范围内（~300-1000 nm）的两个绝对校准的光谱仪查看共和逆等离子体电流方向。在本文中，一个测试粒子模型实现预测的动量空间和密度演化的磁轴和q = 1，3/2和2表面的稀土。漂移轨道和随后的限制损失也被纳入演变。这些时空结果被输入到新的综合诊断SOFT [M. Hoppe等人，Nucl. Fusion 58（2），026032（2018）]，其再现实验测量的光谱。对于这些放电，可以推断，同步辐射占主导地位的碰撞摩擦作为一个功率损耗机制和RE能量减少磁场增加。此外，阈值电场RE生成，硬X射线和光中子测量所确定的，比较目前的理论预测。
2018-05-14 physics.plasm-ph
Hard Synchrotron Spectra from Magnetically Dominated Plasma Turbulence
天体物理非热源的同步辐射通常假定发射粒子是各向同性的。通过大规模的二维和三维粒子模拟，我们证明了磁主导（$σ_0\gg1$）湍流在对等离子体中的耗散导致强各向异性的粒子分布。在洛伦兹因子$\sim σ_0 γ_{th0}$（这里，$γ_{th0}$是初始洛伦兹因子）下，粒子速度优先与局部磁场对齐;相反，最高能量粒子大致各向同性。这种能量依赖的各向异性导致同步辐射光谱通量$νF_ν\propto ν^s$，这是比各向同性粒子更难。值得注意的是，对于$σ_0\gg1$，我们发现，固体角平均光谱斜率在缓慢冷却制度是$s\sim 0.5-0.7$的湍流波动，$0.25\lesssim δB_{\rm rms0}^2/B_0^2\lesssim 4$范围很广，尽管显着变化的幂律能谱的非热粒子。这是因为较弱的湍流水平会产生较强的各向异性，从而抵消了较陡的粒子谱的影响。如果观测者在垂直于平均磁场的平面上，同步加速器光谱的斜率可能更大，即$s\gtrsim 0.7$。我们的结果是独立的域的大小和维数。我们的研究结果可能有助于解释天体物理非热源的硬同步辐射光谱的起源，特别是脉冲星风星云的射电光谱。
2020-05-25 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Synchrotron Firehose Instability
我们表明，使用线性理论和粒子在细胞（PIC）的模拟，同步加速器冷却无碰撞等离子体获得压力各向异性，如果等离子体β是足够高的，变得不稳定的消防水龙带不稳定性，在一个过程中，我们称之为同步加速器消防水龙带不稳定性（SFHI）。SFHI将来自辐射相对论电子（和/或正电子）的压力各向异性的自由能引导到小振幅的动力学尺度磁场波动中，该磁场波动使粒子俯仰角散射，并使等离子体处于边缘不稳定的近热状态。PIC模拟揭示了一个非线性的周期性演变的消防水管爆裂穿插期间的稳定冷却。我们比较了电子-正电子和电子-离子等离子体的SFHI。作为电子发射管磁场波动增长的副产品，磁化离子获得与电子相反的压力各向异性。如果这些离子是相对热的，我们发现，他们也经历冷却由于碰撞与电子的热耦合，我们认为这是介导的二次离子回旋不稳定性。我们认为，SFHI可能会被激活，在一些天体物理的情况下，如从黑洞吸积流和相对论性喷流，其中重新分配的高能电子从低到高的俯仰角可能会导致辐射的瞬时爆发的喷出物。
2022-10-30 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Experimental and synthetic measurements of polarized synchrotron emission from runaway electrons in Alcator C-Mod
本文首次对托卡马克等离子体中相对论逃逸电子的偏振同步辐射进行了实验分析。重要的是，我们表明，同步辐射的偏振信息可以用来诊断空间本地化RE俯仰角分布。同步加速器产生的稀土在低密度，欧姆，转移等离子体放电在Alcator C-Mod托卡马克。使用十通道运动斯塔克效应诊断来测量偏振角$θ_{\mathrm{pol}}$的空间分布和线性偏振的检测光的分数$\mathrm{f}_{\mathrm{pol}}$。在$θ_{\mathrm{pol}}$的90 $°$ -从水平到垂直偏振，反之亦然-的空间跃迁的实验数据中观察到，并很好地解释了回旋运动的稀土和高方向性的同步辐射。偏振同步辐射建模与合成诊断软件，其输出的格林（或检测器响应）功能揭示了一个关键的RE俯仰角，在该$θ_{\mathrm{pol}}$翻转90 $°$和$\mathrm{f}_{\mathrm{pol}}$是最小的。使用SOFT，我们确定再现测量的$θ_{\mathrm{pol}}$和$\mathrm{f}_{\mathrm{pol}}$值的主导RE俯仰角。详细研究了一次C-Mod放电过程中$θ_{\mathrm{pol}}$和$\mathrm{f}_{\mathrm{pol}}$的时空演化。对于在磁轴和通量表面$q$ = 1和4/3附近观察RE的通道，合成信号和实验信号之间的分歧表明，不稳定性可能会影响RE动力学。此外，其他…
2019-06-26 physics.plasm-ph
Evaluation of Charged Particle Evaporation Expressions in Ultracold Plasmas
在低密度超冷等离子体中，电子蒸发对电子温度的演化和膨胀率起着重要的作用。此外，蒸发是有用的作为一个潜在的工具，用于获得较冷的电子温度和等离子体参数的特征。蒸发理论已发展为原子气体，并已应用于一个单组分等离子体系统。我们数值研究这种适应的理论是否适用于超冷中性等离子体。我们发现，这不是由于违反了模型的基本假设。我们的计算的细节，以及讨论的影响，一个简单的描述在超冷等离子体中的电子蒸发速率。
2017-03-24 physics.plasm-ph
Relativistic Turbulence with Strong Synchrotron and Synchrotron-Self-Compton Cooling
高能天体物理学中的许多相对论等离子体环境，包括脉冲星风星云、黑洞上的热吸积流、活动星系核中的相对论喷流和伽马射线暴以及巨型射电瓣，都是自然湍流的。这些环境中的等离子体通常非常热，以至于同步加速器和逆康普顿（IC）辐射冷却变得非常重要。在本文中，我们调查的一般热力学和辐射性质（因此观测外观）的光学薄相对论热等离子体驱动磁流体（MHD）湍流搅拌和辐射冷却。我们发现，如果系统达到一个统计平衡的湍流加热是平衡的辐射冷却，有效的电子温度往往达到一个通用的值$θ= kT_e/m_e c^2 \sim 1/\sqrt{τ_T}$，其中$τ_T=n_eσ_T L \ll 1$是系统的汤姆逊光学深度，基本上独立的湍流驱动或磁场的强度。这是因为MHD湍流耗散和同步加速器冷却都与磁能密度成正比。我们还发现，同步自康普顿（SSC）冷却，也许是一些高阶IC组件自动可比同步加速器在这个政权。整个宽带辐射光谱由几个不同的组成部分（同步加速器，SSC等），在光子能量上很好地分离（通过因子$\sim τ_T^{-1}$）并且在功率上大致相等。IC峰的数量由Klein-Nishina效应检查，并在数学上取决于$τ_T$和磁场。我们还研究了由于同步自吸收的限制，探索应用蟹状PWN和耀变体喷气机，并讨论了辐射磁重联的联系。
2019-07-21 astro-ph.HE physics.plasm-ph
A compact tunable polarized X-ray source based on laser-plasma helical undulators
激光尾流场加速器由于其加速梯度比传统加速器大三个数量级，具有作为下一代紧凑型辐射源的基础的巨大潜力。然而，这种器件的X射线辐射仍然缺乏可调谐性，特别是强度和偏振分布。本文提出了一种基于等离子体通道引导尾场加速器的螺旋等离子体波荡器的可调谐偏振辐射源。当激光脉冲以倾斜角入射时，激光和被加速的电子经历集体螺旋运动，产生椭圆偏振的类同步辐射，其辐射强度、光谱和偏振态具有灵活的可调性。我们证明，毫米级尺寸和峰值亮度的$2\times10^{19} photons/s/mm^{2}/mrad^{2}/0.1%$带宽的辐射源可以与适当的激光和电子束参数。这种亮度与以类似光子能量运行的第三代同步辐射设施相当，这表明基于激光等离子体的辐射源有希望用于高级应用。
2016-01-26 physics.plasm-ph
On the electrodynamic model of ultra-relativistic laser-plasma interactions caused by radiation reaction effects
本文提出了一个简单的电动力学模型，用以描述考虑辐射反应效应时，自洽超相对论激光与等离子体相互作用中的等离子体场结构。本文对圆偏振激光与等离子体相互作用进行了精确分析。我们定义的基本符号，如非线性介电常数，有质动力和耗散力作用在等离子体。计算了超相对论相互作用过程中产生的等离子体场结构。基于这些解决方案，我们表明，约50%的激光能量可以转换为γ射线的激光箔相互作用的最佳条件。
2013-09-23 physics.plasm-ph
Polarized anisotropic synchrotron emission and absorption and its application to Black Hole Imaging
本文推导了相对论性双麦克斯韦等离子体的偏振同步辐射发射与吸收系数，发现温度各向异性可显著改变黑洞图像不对称性，并影响 Sgr A* 和 M87* 的物理参数推断。
2023-09-18 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Comoving acceleration of overdense electron-positron plasma by colliding ultra-intense laser pulses
本文介绍了用粒子模拟方法（PIC）对电子-正电子等离子体（e+e-）在同向电磁脉冲作用下的持续加速过程的模拟结果。用线偏振超短激光脉冲从两侧照射过密e ~+e ~-等离子体薄板时，当等离子体被压缩到小于~ 2相对论趋肤深度时，脉冲被透射。一小部分等离子体然后被捕获，并有效地加速自诱导JxB力。对于1微米激光和1021 Wcm-2的强度，最大能量在皮秒内超过GeV。
2006-03-17 physics.plasm-ph
Modeling of radiative and quantum electrodynamics effects in PIC simulations of ultra-relativistic laser-plasma interaction
下一代超强激光设施将导致由集体和量子电动力学效应控制的新的物理条件，例如高能光子的同步辐射和电子-正电子对的产生。鉴于未来的实验中进行的这一制度，后者的过程已被实施到粒子在细胞的代码CALDER。
2013-11-06 physics.plasm-ph
Observation of ultrafast laser-plasma evolution by pump-probe reflectometry and Doppler spectrometry
我们演示了泵浦-探测技术，即多普勒光谱和详细的反射，直接捕获的时间分辨的超快演化的高强度飞秒激光驱动的热，致密等离子体。这些技术能够在低于100飞秒的时间尺度上捕获超快等离子体动力学。我们已经展示了高强度飞秒激光驱动的冲击类扰动进入等离子体密度大于10^22/cc的动力学。这可以帮助理解与冲击点火，超新星爆炸和许多其他天体物理场景相关的物理学，也可以在医学和化学方面产生影响。此外，我们已经研究了超快的声学现象，由于流体动力学内膨胀的热，稠密等离子体在其瞬态相的多普勒光谱和反射测量的相关测量。
2019-09-12 physics.plasm-ph
Modeling of relativistic ion-acoustic waves in ultra-degenerate plasmas
我们考虑由冷离子和超简并电子气组成的等离子体中的相对论离子声学模式，描述了相对论弗拉索夫-泊松系统。流行的相对论离子声波流体模型的关键检查，比较动力学和流体动力学的结果。动力学线性色散关系被证明是由严格的相对论流体动力学方程与Eschrasekhar的状态方程再现。
2017-12-14 physics.plasm-ph
A study on combined effects of stochastic magnetic fluctuations and synchrotron radiation on the production of runaway electrons
利用相对论Fokker-Planck方程分析了相对论逃逸电子的动力学过程，其中考虑了同步辐射引起的减速和随机磁场涨落引起的径向扩散损失。SMF在[J. Martin-Solis等人，等离子体6，3925（1999）]。然而，我们认为自模场在组态空间中扮演搬运工的角色，而在动量空间中并不直接影响逃逸电子。与仅使用同步辐射的情况相比，用于维持现有RE和用于雪崩开始的临界电场都得到增强，并且通过SMF和同步辐射的组合效应降低了修改的雪崩增长速率[P. Aleynikov等人，物理修订信函114，155001（2015）]。
2017-08-15 physics.plasm-ph
Wavebreaking-associated transmitted emission of attosecond extreme-ultraviolet pulses from laser-driven overdense plasmas
提出了一种在相对论激光驱动的过密等离子体表面产生阿秒极紫外（XUV）脉冲的新机制。通过粒子模拟和分析，我们证明了我们所考虑的参数所观察到的超短XUV发射主要是由于波破碎后的强等离子体密度振荡。强密度变化和前表面层中的横向场的耦合引起了主要围绕局部等离子体频率的频率的透射发射。这种机制提供了新的见解XUV从固体表面产生的场景和激光等离子体相互作用的动力学。
2016-06-09 physics.plasm-ph
Key parameters for surface plasma wave excitation in the ultra-high intensity regime
超短脉冲高功率激光器可以产生极高的光强（$\ge 10^{20}$ W/cm $^2$和$\leq 30 f$ s），在过密等离子体表面产生大振幅的表面等离子体波（SPW）。由此产生的高能电子的电流有很大的兴趣的应用，潜在的缩放与激光振幅，提供的激光等离子体转移到加速粒子介导的SPW仍然是有效的超高强度。通过Particle-in-Cell模拟，我们确定了SPW激发的最佳条件，并显示了最佳表面等离子体波激发角和激光入射角之间的强相关性，优化了沿等离子体表面的电子加速。我们还讨论了如何调整等离子体密度和等离子体表面形状，以推动更高的激光强度的限制表面等离子体波激发。我们的研究结果为即将到来的多拍瓦激光系统的新实验开辟了道路。
2021-08-13 physics.plasm-ph
Cylindrical plasmas generated by an annular beam of ultraviolet light
我们研究了圆柱形等离子体系统电离，由一个环形光束的紫外光，只发生在圆柱体的外部区域。在稳定状态下，外部和内部区域都包含等离子体，内部区域中的等离子体是均匀的和无场的。在两个区域之间的界面处，离子密度有一个极小的跳跃，在准中性$(λ_D \rightarrow 0)$极限中，其量级接近于零。该系统提供了在实验室中产生均匀的静止等离子体的可能性，迄今为止，只有用热产生的碱性等离子体获得。
2015-07-29 physics.plasm-ph
Properties of an ultrarelativistic charged particle radiation in a constant homogeneous crossed electromagnetic field
本文以Landau-Lifshitz方程的形式，考虑辐射反应，用解析和数值方法描述了经典超相对论标量带电粒子在恒定均匀交叉电磁场中产生的辐射特性。总辐射自然分为两部分：在粒子进入交叉场的入口处形成的辐射（同步加速器入口辐射），以及来自粒子运动的后期渐近的辐射（去激发辐射）。同步加速器入射辐射类似于同步辐射的超相对论极限，尽管并不一致：它在能量和角度上的分布具有几乎相同的性质。退激辐射是软的，不集中在带电粒子的运动平面上，并且几乎完全圆偏振。在固定观测角下，随着带电粒子初始能量的增加，光子能谱角分布的最大值逐渐减小，而光子能谱角分布的最大值保持不变。还描述了总辐射的紫外和红外渐近性。
2016-08-07 physics.plasm-ph
Low Frequency Oscillations of Plasma Injected in Open Magnetic Trap from Independent Ultra-high Frequency Source
在线性等离子体装置OMT 2的阱中研究了等离子体的电磁波加热方法、电磁波与磁活性等离子体的相互作用、等离子体湍流和输运过程。采用超高频（UHF）非接触方法，用等离子体填充开放的磁阱。本文提出了一种新的磁阱填充等离子体的方法，即从一个独立的固定UHF源沿磁场注入等离子体。该源位于阱外，并且其中的等离子体形成在强非均匀磁场中通过UHF功率在电子回旋共振（ECR）区域中发生。本文研究了等离子体填充开放磁阱的效率以及磁阱中等离子体低频振荡。
2022-04-01 physics.plasm-ph
Synchrotron-cooled plasma distribution in the outer magnetosphere of a neutron star
University of Kansas（堪萨斯大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Princeton University（普林斯顿大学）；University of Maryland（马里兰大学）
本文通过引导中心形式分析带电相对论粒子在不均匀磁场中的运动，考虑磁镜效应和冷却导致的能量损失，研究粒子在磁极区的分布特性及能量损失对粒子迁移的影响。
2026-04-15 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Electron heating and radiation in high aspect ratio sub-micron plasma generated by an ultrafast Bessel pulse within a solid dielectric
当超快贝塞尔光束在超导体内部传播时，会产生一个高纵横比的等离子体圆柱体，其直径为纳米级，延伸范围为几十微米到厘米。利用粒子模拟方法研究了强超快激光脉冲与等离子体棒的相互作用。我们表明，电子被加热和加速到千电子伏的能量，通过过境加速内的共振波瓣在临界表面附近，并计算其辐射图案。
2023-01-06 physics.plasm-ph
Capturing the three dimensional, nano-scale, pico-second dynamics of plasma mirrors with intense ultrashort laser wavefront measurement
本文提出利用波前测量与泵浦-探测技术直接测量等离子体镜纳米动力学，实现纳米轴向、微米横向和飞秒时间分辨率的三维表面重建。
2025-05-05 physics.plasm-ph
Attosecond Nonlinear Quantum Electrodynamics in Laser-Driven Plasmas via Two-Photon Synchrotron Emission
Princeton University（普林斯顿大学）；Texas A&M University（德克萨斯农工大学）
研究通过激光驱动等离子体中的双光子同步辐射，探索阿秒尺度的非线性量子电动力学现象，提出基于精细结构常数和洛伦兹因子的速率表达式，为分析复杂激光-等离子体相互作用提供指导。
2026-04-22 physics.plasm-ph quant-ph
Numerical calculation of the runaway electron distribution function and associated synchrotron emission
逃逸电子的同步辐射可用于诊断托卡马克破裂期间的等离子体状况，但解决此逆问题需要快速模拟电子分布函数和相关的同步辐射作为等离子体参数的函数。在这里，我们详细介绍了一个框架，这种向前计算，开始与一个有效的数值方法求解福克-普朗克方程中存在的任意强度的电场。该方法是连续（欧拉），我们采用相对论碰撞算子，有效的任意能量。包括初级和次级逃逸电子的产生。对于初级发电占主导地位的情况下，一个时间无关的制定的问题，只需要一个单一的稀疏线性系统的解决方案。在占主导地位的二次发电的限制，我们提出了第一个数值验证的分布函数的分析模型。在初级和次级产生的存在下的数值电子分布函数，然后用于计算的失控的同步发射光谱。结果发现，从实际分布函数发射的平均同步辐射谱不能很好地近似于单个电子在最大能量下的发射。
2014-01-02 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Microwave Diagnostics of Ultracold Neutral Plasma
提出了一种利用微波辐射诊断超冷中性等离子体的方法。计算了超冷中性等离子体的微波散射。得到了简单的计算公式，并指出当$ω\ggω_{pe0}$时，超冷中性等离子体的偶极辐射功率不依赖于密度分布$n_e(r)$和$ω$，而依赖于总电子数$N_e$。该方法提供了等离子体的$N_e$信息，并由此得到了等离子体的三体复合率，这在超冷中性等离子体的研究中是非常重要的。
2010-04-13 physics.atm-clus physics.plasm-ph
Kinetic simulations of relativistic magnetic reconnection with synchrotron and inverse Compton cooling
第一个结果是从动力学数值模拟的相对论性无碰撞磁重联对等离子体，包括辐射反应从同步加速器和逆康普顿（IC）的过程，非热的高能量天体物理源，特别是耀变体的动机。这些模拟是从被称为“ABC场”的配置开始的，该配置由于聚结不稳定性而演变，并在其线性相位中产生薄电流层。全球辐射效率，不稳定性增长率，随时间变化的辐射光谱，光变曲线，变异统计和当前层的结构进行了研究，为广泛的初始参数。我们发现，IC的辐射签名一般是类似的同步辐射签名。IC与同步加速器光谱分量的亮度比（康普顿优势）可以相对于其标称值修改一个以上的数量级。对于很短的冷却长度，我们发现的证据，修改的温度分布在当前层，没有系统的压缩等离子体密度，和非常一致的配置文件的E. B。我们分解的配置文件的E.B与使用的Vlasov动量方程，表明辐射反应的贡献在厚度尺度上的温度分布一致。
2018-05-28 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Electronic parametric instabilities of an ultrarelativistic laser pulse in a plasma
通过数值求解激光驱动等离子体动力学中包含辐射反作用力影响的色散关系，研究了超相对论圆偏振激光脉冲在欠密等离子体中传输的电子参数不稳定性。重点放在研究不同的模式在激光等离子体系统和识别的绝对和对流性质的不稳定模式的参数映射跨越的归一化激光矢势和等离子体密度。指出了对超强激光等离子体实验的启示。
2020-03-03 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Eigenmodes in an ultra-relativistic ultra-magnetized pair QED-plasma
University of Kansas（堪萨斯大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
研究超强磁场和相对论温度对超相对论电子-正电子等离子体（电荷中性及非中性）中正常等离子体模式的联合修正，发现等离子体频率截止降低导致相对论和场致透明，以及电磁波折射率的温度无关修正。
2026-06-01 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Synchrotron radiation of crystallized beams
研究了储存环中电荷在冷却过程中的同步辐射变化。电荷之间的对相关长度在同步辐射中是明显的，并且对于比电荷之间的相干长度更长的波长存在相干效应。因此，同步辐射可以作为一种诊断工具来确定储存环中带电等离子体的状态（气体、液体、晶体）。我们还表明，总功率的同步辐射是大大减少结晶光束。这开启了使用小型循环加速器将粒子加速到超相对论能量的可能性。
1998-11-03 physics.acc-ph physics.class-ph physics.plasm-ph
On the anomalous extreme ultraviolet emission lines in helium-hydrogen plasma
本文结合氦-氢等离子体中最近观测到的谱线讨论了光子德布罗意波的概念。
2003-11-19 physics.gen-ph physics.plasm-ph
A Bright Spatially-Coherent Compact X-ray Synchrotron Source
每一代X射线机器都开辟了科学的新领域，例如第一张射线照片和DNA结构的测定。最先进的X射线源现在可以产生相干的高亮度keV X射线，并有望在纳米和飞秒尺度上对复杂系统进行成像的新革命。尽管有需求，但全世界只有少数专用的同步加速器设施，部分原因是传统（加速器）技术的规模和成本。在这里，我们展示了使用最近开发的紧凑型激光等离子体加速器产生良好的准直，空间相干，本质上超快的硬X射线源。这种方法将同步辐射源的尺寸从几十米缩小到厘米级，同时加速和摆动高电子电荷。这导致窄能量扩散电子束和X射线源，其比先前报道的等离子体摆动器亮>1000倍，并且因此具有促进跨越光源应用的整个光谱的无数用途的潜力。
2009-12-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Discharge-produced plasma extreme ultraviolet (EUV) source and ultra high vacuum chamber for studying EUV-induced processes
一个实验装置，直接再现极端紫外光刻相关条件下详细的组件曝光测试。EUV装置包括一个脉冲等离子体辐射源，在13.5纳米;碎片减缓系统;收集和过滤光学;和一个超高真空实验室，配备了光学和等离子体诊断。第一个结果，确定的物理参数和演化的EUV诱导等离子体。最后，简要讨论了现场诊断的适用性和准确性。
2014-11-17 physics.ins-det physics.plasm-ph
Lightning as a natural accelerator of relativistic particles and a source of synchrotron radiation
本文提出闪电等离子体通道中由反常霍尔效应和自旋-轨道耦合形成涡旋电流的模型，将闪电视为天然粒子加速器，通过同步辐射和回旋辐射产生微波至伽马射线等辐射，并与观测一致。
2024-07-20 physics.ao-ph physics.plasm-ph
High-energy synchrotron flares powered by strongly radiative relativistic magnetic reconnection: 2D and 3D PIC simulations
本文通过2D/3D辐射PIC模拟OSIRIS研究相对论性磁重联中的高能同步耀发，揭示磁岛压缩、辐射冷却及QED效应的作用。
2023-03-29 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Recombination fluorescence in ultracold neutral plasmas
我们首次对超冷中性等离子体中的复合荧光进行了测量和模拟。与以往的工作相比，实验和模拟是在显着的分歧。与复合模型的比较表明，分歧可能是由于高能量部分的电子能量分布或大的能量变化的电子/里德伯散射。电离荧光在超冷等离子体中开辟了一个新的诊断窗口，因为它探测了深度束缚的里德伯能级，这主要取决于电子能量学。
2007-08-21 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Spontaneous and Stimulated Synchrotron Radiation from Relativistic Electrons in Ion Channel
研究了离子通道中电子的自发发射和受激发射。研究了等离子体扭摆器强度参数较大时高次谐波产生区的辐射过程。与传统的自由电子激光一样，在这种状态下产生类似同步加速器的宽带光谱。导出了自发发射辐射谱的渐近表达式。分析了轴对称单能电子束的辐射谱。计算了离子通道同步辐射激光器的增益。讨论了利用激光产生的离子通道来有效地产生X射线。
2003-02-10 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Relativistic Self-Induced Transparency Effect During Ultraintense Laser Interaction with Overdense Plasmas: Why It Occurs and Its Use for Ultrashort Electron Bunch Generation
对超强激光与过密等离子体相互作用中的相对论自感透明效应提出了一种新的解释。我们研究了它的分析和验证直接建模PIC和动力学方程模拟。在此基础上，提出了一种产生飞秒量级超短高能电子束团的方法，并进行了数值模拟研究
2008-10-22 physics.optics physics.plasm-ph
Similarity for ultra-relativistic laser plasmas and the optimal acceleration regime
发展了超相对论激光等离子体的相似理论。结果表明，最基本的S-相似性是有效的下和过密等离子体。给出了激光尾流场电子加速的最佳定标关系。本工作的强有力的信息是，气泡加速状态[参见Pukhov，Meyer-ter-Vehn，Appl. Phys. B，vol.74，355（2002）]满足这些最佳缩放。
2004-11-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
