Study of filamentation instability on the divergence of ultraintense laser-driven electrons
采用碰撞粒子模拟方法研究了超强激光脉冲与等离子体靶相互作用过程中相对论电子束的产生。在碰撞等离子体中，由于等离子体中的双折射不稳定性（FI），产生了横向尺度长度为几个局部等离子体趋肤深度的强磁场，与靶中RE电流的传播有关，从而导致RE发散比无碰撞情况下大大增强。这种效应随着激光强度和靶电荷状态的增加而增加，这表明在未来的快点火实验和激光驱动电子束的其他应用中，在适当的激光强度下使用低Z材料可能会改善RE发散。
2016-10-14 physics.plasm-ph
The filamentation of the laser beam as a labyrinth instability
当入射功率远高于双折射阈值时，来自高功率激光器的脉冲在横向平面中产生复杂的结构。它由随机曲折的条纹定义的连接区域的场强是高的，和，由扩散等离子体与散焦性能为主的互补区域。该模式类似于各种扩展的集群的集合。我们提供的证据表明，有一个相关性，这种抑制和{ \it迷宫}不稳定性的反应扩散系统。除了在两种情况下的空间组织的相似性，我们表明，描述这两个动力学过程的微分方程导致可以相互映射的效果。对于高功率激光束，在强自聚焦和空气电离区的非线性薛定谔方程导致了多重散射和团簇结构。在{ \it迷路}不稳定性的影响下，激活剂-抑制剂模型导致类似的模式。这种联系的起源必须在这样一个事实中找到，即光学湍流和激活剂-抑制剂动力学都具有同一系统两相之间竞争的性质。
2015-06-13 physics.plasm-ph
Conditions for the onset of the current filamentation instability in the laboratory
电流成丝不稳定性（CFI）能够产生与解释天体辐射过程相关的强磁场，并导致无碰撞冲击中粒子加速的开始。在实验室中探索这种极端情况仍然是一个开放的挑战。在这项工作中，我们调查的可能性，使用中性$e^{-}$ $e^{+}$光束探索CFI与现实的参数，通过执行二维粒子在细胞模拟。我们表明，CFI可以发生，除非在该光束扩展由于有限的束流发射度的速率大于CFI的增长率，只要竞争的静电双流不稳定性（TSI）的作用是可以忽略不计的。我们还表明，纵向能量传播，典型的等离子体加速电子-正电子火球束，在这些情况下的CFI的增长中起着次要的作用。
2017-09-29 physics.plasm-ph
Langmuir wave filamentation in the kinetic regime. I. Filamentation instability of Bernstein-Greene-Kruskal modes in multidimensional Vlasov simulations
动力学区域中的非线性朗缪尔波$kλ_D\gtrsim0.2$可能具有双折射不稳定性，其中$k$是波数，而$λ_D$是德拜长度。该不稳定性的非线性阶段发展为朗缪尔波的双折射，这又导致激光-等离子体相互作用实验中受激拉曼散射的饱和。在这里，我们研究了特定的家庭\cite{RoseRussellPOP2001}的Bernstein-Greene-Kruskal（BGK）模式\cite{BernsteinGreeneKruskal1957}，这是一个分支的线性朗缪尔波的平行不稳定性的线性阶段。执行直接$2+2D$ Vlasov-Poisson模拟的无碰撞等离子体，我们发现的电场作为BGK的振幅，波数和倾斜模式的波矢相对于BGK的波矢的角度的函数的斜模式的增长率。仿真结果进行了比较，理论预测。
2017-03-17 nlin.PS physics.plasm-ph
Influence of non-linearity of medium on the laser induced filamentation instability in magnetized plasma
本文研究了介质非线性对强激光脉冲与磁化等离子体相互作用过程中磁化不稳定性增长率的影响。介质的非线性（克尔非线性）是决定不稳定性增长速率的重要因素。通过外加磁场和激光强度的变化，可以调节薄膜的取向生长速率对克尔非线性系数的敏感性。
2018-02-18 physics.optics physics.plasm-ph
Filamentation instability in a quantum magnetized plasma
利用冷量子磁流体力学模型研究了非相对论电子束通过量子磁化等离子体时产生的偏转不稳定性。证明了当且仅当存在有限磁场时，量子效应可以完全抑制不稳定性。一个无量纲的参数被确定的措施的强度的量子效应。强量子效应允许比经典状态小得多的磁场来抑制不稳定性。
2008-01-25 physics.plasm-ph physics.space-ph
Robustness of the filamentation instability for asymmetric plasma shells collision in arbitrarily oriented magnetic field
当两个逆流等离子体壳层重叠时触发的双折射不稳定性似乎是产生无碰撞激波的主要机制。长期以来人们已经知道，流动对准的磁场可以完全抑制这种不稳定性。在最近的一篇论文[PHYSICS OF PLASMAS 18，080706（2011）]中，在二维中证明了对于两个冷的、对称的、相对论性碰撞的壳的情况，如果场不完全对准，则不会发生这种抵消。在这里，这个结果被扩展到两个不对称壳的情况。因此，取向不稳定性似乎是一种越来越强大的产生冲击的机制。
2013-10-02 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Robustness of the filamentation instability as shock mediator in arbitrarily oriented magnetic field
定向不稳定性（有时也被称为“韦伯”）是许多天体物理场景中的关键过程。在伽马射线暴的火球模型中，这种不稳定性被认为是两个等离子体壳层碰撞形成无碰撞激波的媒介。长期以来人们已经知道，流动定向磁场可以完全消除这种不稳定性。我们在这里表明，在一般情况下，有一个角度之间的领域和流动，平行不稳定性永远不会稳定，无论磁场强度。该模型分析了两个对称逆流冷电子/质子等离子体壳层的稳定性。考虑了相对论效应，得到了各种精确的分析结果。这一结果保证了在满足冷近似的实际环境中不稳定性的发生。
2011-06-17 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Electric field generation by the electron beam filamentation instability: Filament size effects
对电子束的反向传播不稳定性（FI）进行了建模，在一个空间维度的粒子模拟和高统计等离子体表示。模拟方向与束流速度矢量正交。两束电子束在初始时具有相等的密度、温度和它们的非相对论性平均速度的模量。在这种情况下，FI是电磁的。先前对小灯丝的研究表明，磁压梯度力（MPGF）导致非线性驱动的静电场。热压力梯度对力平衡的贡献可能很小，这意味着静电场围绕背景电场进行无阻尼振荡。在这里，我们考虑较大的细丝，当它们饱和时达到更强的静电势。电子加热增强，形成静电电子相空间空穴。几个与大灯丝同时生长的小灯丝的竞争也扰乱了静电场和磁场之间的平衡。振荡被阻尼，但最终的电场振幅仍由MPGF确定。
2009-11-09 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
Preferential acceleration of positrons by a filamentation instability between an electron-proton beam and a pair plasma beam
用粒子模拟方法模拟了环境中电子-质子等离子体中电子和正电子的无碰撞喷流，发现正电子加速是以电子动能为代价的。喷流内的主要不稳定性是电子、质子和正电子之间的成丝不稳定性。在这项工作中，我们表明，一个平行不稳定性，一个最初未磁化的环境中的电子-质子等离子体之间的休息和一束对等离子体，通过它在非相对论速度移动，确实导致优先正电子加速。丝状体主要由与其电流矢量方向相同的粒子填充。正电子丝被电磁场与束电子丝分开。一些粒子可以穿过场边界进入另一种粒子的细丝。正电子丝可以通过收集周围等离子体的电子来中和它们的净电荷，而质子不能轻易地跟随束电子丝。正电子丝因此可以被压缩到比束电子丝更高的密度和温度。在不稳定性的指数增长阶段结束后发生的细丝合并导致束电子细丝的膨胀，这放大了它们产生的磁场并在该细丝中感应出电场。射束电子将其动能的相当大部分损失到电场。束流电子丝中的某些正电子被感应电场加速到几乎是其初始速度的两倍。模拟结果表明，在正电子丝中感应出较弱的电场，粒子在该丝中的速度几乎不变。
2020-11-01 physics.plasm-ph
Density filamentation nonlinearly driven by the Weibel instability in relativistic beam plasmas
在许多束-等离子体模拟和实验中，都观察到了密度梯度。由于电流激励是一种纯横模，电流激励过程不能直接产生电荷密度激励。为了解释这一现象，提出了几种机制，如韦伯不稳定性耦合到双流不稳定性，耦合到朗缪尔波，在电子束和返回电流之间的热速度差，磁压力梯度力等。在本文中，它表明，洛伦兹因子的梯度，事实上，表示等离子体流体的非线性行为，并且进一步地，不均匀的洛伦兹因子分布可以引起静电场和密度细丝。仿真结果与理论分析。
2022-05-13 astro-ph.GA cond-mat.supr-con physics.flu-dyn
Eigenmodes and growth rates of relativistic current filamentation instability in a collisional plasma
从理论上找到了碰撞区相对论性电流压缩不稳定性的本征模和增长率，并从自洽的束流-麦克斯韦方程组导出了广义色散关系。对于对称逆流、完全相对论性的电子流，电子和离子之间的碰撞耦合产生了振荡和波动的不稳定模式，这些模式在长波长扰动中很突出。在较强的碰撞制度，不断增长的振荡模式往往是占主导地位的所有波长。在无碰撞极限下，这些模式消失，同时保持另一个纯粹的增长模式，与标准的相对论韦伯模式完全一致。电子-电子碰撞和热扩散的影响降低了相对论性韦伯不稳定性的增长率。目前的电子束传输动力学机制对强激光脉冲与等离子体相互作用产生的均匀电子束的输运是必不可少的。
2003-12-25 astro-ph physics.plasm-ph
Filamentation of a Relativistic Proton Bunch in Plasma
实验证明长、欠稠密相对论质子束在等离子体中发生斜向不稳定性（丝化），确定阈值条件，并发现磁能随等离子体密度增加。
2023-12-21 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Filamentation instability in a quantum plasma
利用量子流体动力学方程计算了稀释冷电子束通过冷等离子体时所触发的双折射不稳定性的增长率。与冷流体模型相比，量子效应减小了不稳定的波矢域和最大增长率。稳定的大波矢量模式总是实现，但显着减少的最大增长率取决于所提供的无量纲参数。虽然计算扩展到相对论区域，但它们大多与非相对论区域相关。
2007-06-29 astro-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
Robustness of the filamentation instability in arbitrarily oriented magnetic field: Full 3D calculation
在天体物理环境中，非碰撞激波被认为是产生伽玛射线暴和高能宇宙线的主要原因，而非碰撞激波的形成过程中，韦伯不稳定性起着关键作用。虽然人们早就知道，一个流动对齐的磁场可以完全淬火的不稳定性，它最近被证明在2D的冷态，这种抵消是可能的，当且仅当该字段是完美的对齐。在这里，这个结果最终扩展到3D几何体。对对称和非对称逆流相对论等离子体壳层进行了计算。在3D中检索2D结果：对于倾斜磁场，不稳定性永远无法完全消除。此外，最大增长率总是较大的波矢量躺在由流和斜场定义的计划。一方面，这对所产生的细丝的取向产生影响。另一方面，它证明了二维模拟的问题，可以执行而不会错过最不稳定的约束模式。
2014-01-22 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Experimental observation and computational modeling of radial Weibel instability in high intensity laser-plasma interactions
当相对论强度的激光与固体密度靶表面相互作用时，超热电子流在穿过体靶的热布居时受到韦伯不稳定性的抑制。我们目前的时间分辨阴影的径向电离前沿膨胀和韦伯不稳定性的扩展内的一个薄的，亚微米，片发起的短脉冲，高强度激光照射。高的时间（100 fs）和空间（1 $μ$ m）分辨率的相互作用的阴影揭示了相对论膨胀的电离前在120 $μ$ m直径区域周围的激光靶相互作用，证实了模拟扩展在$0.77c$，其中$c$是光速。在补丁内的丝状持续几个皮秒和种子的最终重组和加热动力学的纳秒时间尺度。粒子在细胞模拟进行阐明电子动力学导致的临界表面的径向膨胀。计算结果表明，电离膨胀是由于场电离的膨胀热电子人口。膨胀内的丝状化是由于存在的磁场支持的韦伯不稳定性。
2019-10-28 physics.plasm-ph
Fast matter-antimatter separation via Weibel-induced plasma filamentation
该研究探讨正反物质等离子体中Weibel不稳定性增长驱动的正反物质分离，通过粒子模拟与解析模型对比，揭示了Weibel型不稳定性快速发生导致正反物质显著分离的现象。
2025-02-11 physics.plasm-ph
Particle acceleration and radiation friction effects in the filamentation instability of pair plasmas
用粒子模拟方法研究了一维和二维两对逆流等离子体产生的双折射不稳定性的演化。考虑了辐射摩擦对粒子的影响。在磁场和电流密度均呈指数增长后，非线性准稳定相建立，其特征在于相反电流的细丝。在非线性阶段，粒子能谱的强烈加宽伴随着在其初始能量的两倍处形成峰而发生。提出了一个简单的峰形成理论。辐射损失的存在不会改变不稳定性的动力学，但会影响粒子光谱的结构。
2015-09-15 astro-ph.HE physics.plasm-ph
One-dimensional particle simulation of the filamentation instability: electrostatic field driven by the magnetic pressure gradient force
用粒子模拟方法模拟了两束反向传播的等密度冷电子束。在一维空间中研究了电子束偏转不稳定性，这是准平面灯丝边界的近似。它被证实，由静电场，它的发展过程中的非线性阶段的不稳定性，施加在电子上的力，振荡的平均值，等于磁压梯度力。由于静电和磁场作用在电子上的力具有相似的强度。静电场在接近每个细丝的稳定平衡时减小约束力，并且在远离稳定平衡时增大约束力，从而限制峰值密度。限制时间平均总电位允许电流丝与相反的流动方向重叠。
2009-06-10 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Dynamic mitigation of filamentation instability and magnetic reconnection in sheet-current sustained plasma
本文提出了在摆动电子片电流驱动下等离子体中磁重联不稳定性和磁重联的动力学缓解方法。摆动电流引入振荡扰动并使扰动平滑。薄层电流在等离子体中产生反平行磁场。初始微扰引起电子束偏转和磁重联。当沿片状电流面向片状电子束施加摆动或振荡运动时，扰动相被混合，从而显著地延迟了不稳定性的增长。通常，等离子体不稳定性是通过增长率来讨论的，因为它很难测量或检测等离子体中扰动的相位。然而，扰动的相位可以例如通过驱动器摆动运动从外部控制。主动引入的扰动叠加导致扰动平滑，并且可以减少不稳定性增长，类似于前馈控制。
2021-01-20 physics.comp-ph physics.plasm-ph physics.space-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
Effect of Noise on Spatio-Temporal Evolution of Current Filamentation Instability in Relativistic Beam-Plasma Systems
School of Advanced Sciences, Vellore Institute of Technology（高级科学学院，维罗尔理工大学）
通过解析和粒子模拟研究噪声对相对论束-等离子体系统中电流丝化不稳定性的时空演化，发现纵向场调制是固有特性，且噪声轮廓影响演化。
2026-06-23 physics.plasm-ph
Nonlinear dynamics of the ion Weibel-filamentation instability: an analytical model for the evolution of the plasma and spectral properties
我们提出了一个预测模型的非线性相位的韦伯不稳定性引起的两个对称的，逆流离子束在非相对论制度。这种自洽模型将Davidson等人[Phys. Fluids 15，317（1972）]的准线性动力学理论与电流丝聚结的简单描述相结合。它使我们能够遵循的离子参数的演变到一个阶段接近完成各向同性，因此是最感兴趣的了解碰撞冲击形成的动力学。它的预测支持的2-D和3-D粒子在细胞模拟的离子韦伯不稳定性。导出的近似解析解揭示了离子弛豫对各向同性的各种依赖关系。特别是，它被发现的电子屏蔽的影响，可以影响使用非物理的电子质量的模拟结果。
2015-04-07 astro-ph.HE physics.plasm-ph
The saturation of the electron beam filamentation instability by the self-generated magnetic field and magnetic pressure gradient-driven electric field
用粒子模拟方法模拟了两束反向传播的等密度冷电子束。在一维空间中研究了电子束偏转不稳定性。盒长解析一对电流灯丝。一个小的，一个中等大小的和一个大的灯丝被认为是和比较。磁致伸缩不稳定性饱和时刻的磁场幅值与灯丝尺寸成正比。它表明，由静电场，它的发展过程中的非线性阶段的不稳定性，施加在电子上的力，振荡的平均值，等于磁压梯度力。由于静电和磁场作用在电子上的力具有相似的强度。静电场在接近每个灯丝的稳定平衡时减小约束力，而在远离稳定平衡时增大约束力。的限制潜力是不是正弦曲线，如所假设的磁捕获模型，它允许重叠的电流丝（等离子体激元）与相反的流动方向。因此，这里观察到的灯丝尺寸的磁场的饱和幅度的缩放不同于从磁捕获模型预期的。然而，后者给出了一个很好的估计磁饱和振幅。峰值静电和磁场振幅随灯丝尺寸的增加意味着，电子加热更多，并且它们沿束流方向的平均速度的空间调制随灯丝尺寸的增加而增加。
2008-10-29 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Saturation of the asymmetric current filamentation instability under conditions relevant to relativistic shock precursors
通常在超音速等离子体流的逆流中出现的电流偏转不稳定性，以其将与各向异性动量分布相关的自由能转换成动力学尺度磁场的能力而闻名。这种不稳定性的饱和已被广泛研究的对称配置，其中相互渗透的等离子体共享相同的属性（速度，密度，温度）。然而，在许多物理环境中，最常见的配置是不对称等离子体流。例如，相对论性无碰撞冲击波的前身包括在冲击波前沿反射的热的、稀释的加速粒子束和冷的、密集的流入背景等离子体。为了确定适当的标准饱和在这种情况下，我们进行了大规模的二维粒子模拟逆流电子-正电子对和电子-离子等离子体。我们表明，在互穿对等离子体中，相关的标准是磁捕获的组件（光束或等离子体），进行较大的惯性的两个，即，不稳定增长突然放缓，一旦这些粒子的频率等于或超过不稳定的增长率。我们提出的饱和度的理论近似。这些发现仍然有效的电子-离子等离子体提供的电子和离子是接近均分的等离子体流的较大的惯性。我们的结果可以直接应用于相对论性弱磁化冲击波的物理，但它们也可以推广到其他情况下的研究。
2021-11-08 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Probing Ultrafast Magnetic-Field Generation by Current Filamentation Instability in Femtosecond Relativistic Laser-Matter Interactions
本文介绍了中等相对论性的超短激光脉冲与固体靶相互作用过程中产生飞秒时间尺度强磁场涨落的实验测量。这些领域进行了探测，使用低发射度，高度相对论性的电子束从激光尾场加速器，和线积分$B$ -场的$2.70 \pm 0.39\,\rm kT\,μm$进行了测量。三维的，完全相对论的粒子在细胞模拟表明，这种波动源于一个韦伯型的电流双折射不稳定性发展在亚微米尺度的照射靶表面周围，他们成长到足够强的振幅，以扩大探测电子束的角分布几十飞秒激光脉冲最大值后。我们的研究结果突出了尾场加速电子束的相对论激光驱动现象的超快探测的潜力。
2019-07-28 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Characterization of the initial filamentation of a relativistic electron beam passing through a plasma
相对论性电子束通过返回等离子体流时产生的线性不稳定性常与波矢垂直于束流方向的平行模式有关，或与韦伯模式混淆。我们发现，这些模式可能是不相关的，在这件事上，并确定最不稳定的模式上的两个流/reconstruction分支作为reconstruction的主要触发器。这在非电阻初始阶段设定了特征性的横向和纵向双折射尺度。
2005-02-17 astro-ph physics.plasm-ph
Pair filamentation and laser scattering in beam-driven QED cascades
本研究在束流驱动QED级联中观测到电子-正电子对等离子体的纵向丝化，指出其由激光有质动力而非双流或Weibel不稳定性引起，并表明该丝化会导致激光能量向大角度强烈散射，是集体QED等离子体动力学的标志。
2024-02-12 physics.acc-ph 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
Beam filamentation instability drives deuterium-tritium fusion with polarized neutron emission
State Key Laboratory of Nuclear Physics and Technology, Peking University（北京大学核物理与技术国家重点实验室）；Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院理论物理研究所）；College of Physics, Sichuan University（四川大学物理学院）；Beijing Laser Acceleration Innovation Center（北京激光聚变创新中心）
该研究通过二维粒子模拟结合自旋相关氘氚聚变模块，发现束流成丝不稳定性可将相对论电子能量耦合至聚变离子驱动氘氚聚变，且能产生各向异性自旋分辨的极化中子发射。
2026-10-09 nucl-th physics.app-ph physics.plasm-ph
Current-driven filamentation upstream of magnetized relativistic collisionless shocks
相对论性无碰撞激波的不稳定性物理在高能天体物理学中具有广泛的重要性，因为这些不稳定性建立了激波，控制了粒子加速过程，并产生了加速粒子辐射的磁场。两个关键参数控制着这些冲击的微观物理：环境介质的磁化和冲击波阵面的洛伦兹因子;到目前为止，这些参数空间的大部分仍有待探索。在本文中，我们报告了一种新的不稳定性上游的电子-正电子相对论冲击，我们认为，这种不稳定性形状的微观物理在中等磁化水平和/或大洛伦兹因子。这种不稳定性是由激波前兆中的加速粒子在背景磁场周围旋转时携带的电流引起的。在背景等离子体中感应的补偿电流导致不稳定的配置，带有电荷中性丝的外观携带相同极性的电流，沿着垂直电流取向。这种“电流驱动的细丝”不稳定性的增长速度比迄今为止研究的相对论冲击上游的任何其他不稳定性都要快，其增长率与等离子体频率相当。此外，电流的补偿与环境等离子体在其穿透冲击前兆时的减速相关联（如在冲击静止帧中所观察到的）。等离子体的这种减速意味着，只要磁化强度σ<~ 10^{-2}，"电流驱动的丝状体“不稳定性可以随着冲击洛伦兹因子的任何值而增长。我们认为，这种不稳定性解释了最近的粒子在细胞模拟的结果在轻度磁化制度。
2014-01-28 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.plasm-ph
Cumulative effect of Weibel-type instabilities in counterstreaming plasmas with non-Maxwellian anisotropies
逆流等离子体结构广泛存在于实验室实验和天体物理系统中，研究逆流等离子体结构可以防止束流等离子体实验中出现的不稳定模，也可以证明天体物理中大尺度磁场的存在。成丝不稳定性出现在逆流等离子体中，并负责等离子体的磁化。假设每个逆流等离子体都具有各向同性的洛伦兹（kappa）分布，来描述丝状不稳定模式。在这种情况下，双折射不稳定性增长率可以达到一个最大值，显着大于具有麦克斯韦分布函数的等离子体。这种行为是相反的，观察到的韦伯不稳定性增长率在一个双κ等离子体，这是总是小于所获得的双麦克斯韦等离子体。该方法被进一步推广为具有双κ温度各向异性的逆流等离子体。在这种情况下，当等离子体在流动方向上更热时，通过韦伯效应增强了压缩不稳定性增长率，并且增长率变得更大。这些效应显著提高了磁场产生的效率，并为快速磁化场景中的韦伯型不稳定性的潜在作用提供了进一步的支持。
2008-02-05 physics.plasm-ph physics.space-ph
1D3V PIC simulation of propagation of relativistic electron beam in an inhomogeneous plasma
最近的实验观察已经显示出兆安培的电子电流通过对齐的碳纳米管阵列的有效传输[Phys.Rev Lenness. 108，235005（2012）]。随后，基于非均匀等离子体中的双折射不稳定性的抑制来解释该结果[Phys. Plasmas 21，012108（2014）]。这种不均匀性是由于碳纳米管的电离而形成的。本文对相对论电子束在非均匀背景等离子体中的传输进行了1D3V粒子模拟。抑制的平行不稳定性，负责光束发散，示出。模拟还证实，在非线性制度太的REB传播是更好的，当它传播通过等离子体的密度是不均匀的横向光束。研究了非均匀性尺度长度、幅度和横向束流温度等对激光器性能的影响，在抑制不稳定性的详细研究。
2015-05-02 physics.plasm-ph
Simulation study of the filamentation of counter-streaming beams of the electrons and positrons in plasmas
采用粒子模拟方法，研究了等离子体中两束空间均匀逆流的带电粒子束驱动的双折射不稳定性。每束电子都由电子和正电子组成。这四个物种的密度相同，温度也相同。一维模拟方向与束流速度矢量正交。磁场自发地增长并重新排列空间中的粒子，使得一束电子和第二束正电子的分布相匹配。模拟表明，作为结果，没有静电场产生的磁场通过其磁压梯度之前，其饱和。这种静电场在灯丝的中心是排斥性的，并限制了最大电荷和电流密度。在这个模拟中，电子和正电子的细丝比没有正电子的细丝达到更高的电荷和电流密度。由磁性捕获的颗粒引起的磁场强度的振荡导致振荡磁压梯度力。后者与粒子密度的统计涨落相互作用，并且可能强制电荷分离，由此静电波在双折射不稳定性饱和后增长。
2009-05-03 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Particle-In-Cell simulations of the filamentation process in magnetized radio-frequency plasmas
本文通过二维粒子模拟研究磁化射频等离子体中丝状结构的形成与演化，揭示其经历双阶段动力学过程，并阐明磁力与电力分别驱动电子和离子聚集以塑造丝状结构的机制。
2025-03-31 physics.plasm-ph
Filamentation of the electromagnetic precursor in relativistic quasi-perpendicular electron-positron shocks
该研究提出电磁前驱体丝化不稳定性产生相对论剪切流和反向磁场分量，可触发磁重联，从而在正负电子对冲击波上游加速粒子。
2025-07-30 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Wakefield-driven filamentation of warm beams in plasma
本文建立了有限尺寸温束流的三维时空双流理论，揭示有限发射度扩散引入主导波数和截止波数，并经相对论电子-正电子束流PIC模拟验证，深化了对等离子体加速器中束流丝化机制的理解。
2024-08-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Collisionless filamentation, filament merger and heating of low-density relativistic electron beam propagating through a background plasma
由于韦伯不稳定性，冷电子束在背景等离子体中的传输过程会发生畸变。如果初始束半径比电子趋肤深度大，并且束密度比背景等离子体密度小得多，则多个细丝多次合并。由于这一非绝热过程，初始冷束的束垂直能量增长，直到所有细丝聚结成一个束半径远小于初始半径且小于电子趋肤深度的箍缩束。它是通过粒子在细胞中的模拟表明，一个显着的分数的光束是不捏的磁力的捏束，并填补了大部分的等离子体区域。所得的电子束能量在垂直方向上的分布接近于体电子的麦克斯韦分布。然而，有显着偏离麦克斯韦低和高的垂直能量（深陷和未陷电子）。建立了描述束流束流密度分布和束流周围大的低密度晕的解析模型，并在此基础上计算了束流纵向动能向横向动能、自磁场和等离子体电子的能量转移。理论分析结果与粒子模拟结果吻合较好。
2011-09-01 physics.plasm-ph
Interaction of Ultra Relativistic e- e+ Fireball Beam with Plasma
对即将出现的相对论正负电子束或火球束在等离子体中的传播进行从头计算模拟，为研究与天体物理有关的微观物理提供了一种有效的手段。我们发现，在一个密度为10^17/cc的典型实验室等离子体中，与上述某些情况相关的电流扩散不稳定性在传播10 cm后就达到饱和。通过改变背景等离子体密度，可以获得从纯横模到混合模的不稳定性的不同区域。这种不稳定性会产生大的局部等离子体梯度、强烈的横向磁场和增强的辐射发射。我们认为，这些影响可能是第一次观察到实验。
2018-09-11 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Shock formation in electron-ion plasmas: mechanism and timing
从理论和模拟两方面分析了电子-离子等离子体中激波的形成过程。人们普遍认为，在初始未磁化的相对论等离子体中的电磁冲击是由双折射不稳定性触发的。然而，从第一个不稳定相的准定常冲击的过渡仍然失踪。我们推导出一个理论模型的冲击形成时间，考虑到细丝合并的非线性阶段的平行不稳定性。这一过程比正负电子对激波慢得多，因此激波的形成时间与sqrt（m_i/m_e）ln（m_i/m_e）成正比。
2015-04-02 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Radiation Spectral Synthesis of Relativistic Filamentation
来自许多天体物理源的辐射，例如伽马射线暴和活动星系核，被认为是来自相对论冲击的无碰撞等离子体。与源寿命相比，这样的源通常表现出快速演变的高度瞬态谱。从这些源发射的辐射通常与非线性等离子体物理、复杂场拓扑和非热粒子分布相关联。在这种情况下，一个标准的同步加速器范例可能无法产生关于基本物理的准确结论。在各种相对论激波情景中数值模拟光谱发射和光谱演化是确定发射光谱的详细物理起源的唯一可行方法。在这封信中，我们提出的合成辐射光谱表示的早期发展的初始未磁化等离子体的对流（流）不稳定性，这是相关的无碰撞冲击波的形成和重联动力学在相对论天体物理流出，以及实验室天体物理实验。结果得到了使用一个高效的“原位”诊断方法，基于详细的粒子在细胞无碰撞等离子体建模。这里得到的合成光谱进行了比较与预测的半解析模型的抖动辐射的双折射不稳定性，后者包括自洽生成的场拓扑结构和粒子分布从这里报道的模拟。光谱表现出依赖于惰性等离子体成分的存在或不存在，当比较重子等离子体（即含有质子）与对等离子体。结果还表明，在使用低维模型来获得有关产生观测光谱的天体物理现象的信息时，应相当小心。
2010-09-13 astro-ph.HE physics.comp-ph physics.plasm-ph
Electron polarization in ultrarelativistic plasma current filamentation instabilities
研究了超相对论电子束撞击过密等离子体的等离子体电流分布，着重研究了辐射诱导电子极化。粒子模拟提供了三种不同制度的电流丝，即，正常的灯丝，异常灯丝，和淬火制度的分类和深入的分析。我们发现，电子辐射极化出现在沿方位角方向的动量空间，这显着不同的制度的不稳定性。我们提出了一个直观的哈密顿模型来追踪电子极化动力学的起源。特别是，我们辨别的作用，非线性横向运动的等离子体细丝，这会导致辐射自旋翻转的不对称性，产生积累的电子极化。我们的研究结果打破了传统的看法，即准对称场是低效的产生辐射自旋极化光束，这表明电子极化的实验室和天体物理等离子体不稳定性的新信息的来源的潜力。
2022-12-06 astro-ph.HE astro-ph.IM physics.acc-ph
Magnetized Current Filaments as a Source of Circularly Polarized Light
我们表明，韦伯或电流不稳定性可以导致圆偏振辐射的发射。使用粒子在细胞（PIC）模拟和辐射后处理的数值算法，我们证明了圆极化的水平增加与初始等离子体磁化强度，饱和在~13%时的磁化强度，由磁能密度的比例，以电子动能密度，大于0.05。此外，我们表明，这种效果需要一个离子电子质量比大于1。这些研究结果，这也可以在目前可用的实验室条件下进行测试，表明最近观察到的圆极化的伽马射线暴余辉可能是由于存在磁化电流丝驱动的韦伯或电流偏转不稳定性。
2018-12-17 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Electron Weibel Instability in Relativistic Counter-Streaming Plasmas with Flow-Aligned External Magnetic Fields
研究了两个对称逆流相对论电子等离子体在恒定均匀的外磁场中驱动的韦伯不稳定性，也称为电流驱动不稳定性.线性和非线性阶段的不稳定性进行了研究，使用分析建模和粒子在细胞（PIC）模拟。虽然以前的研究已经描述了磁场的稳定效果，我们在这里表明，饱和阶段只受到微弱的影响。在相对论冷流体框架下，考虑单个不稳定模，详细讨论了导致饱和的不同机制。外场的应用导致大波长的饱和水平略有增加，而它不影响小波长。多模和温度效应进行了研究。虽然在大的温度下的饱和水平是独立的外部磁场，在小的，但有限的温度下，在外部磁场的存在下，不同的模式之间的竞争导致相对于未磁化的情况下较低的饱和水平。
2016-12-12 physics.plasm-ph
Weibel, Two-Stream, Filamentation, Oblique, Bell, Buneman... which one grows faster ?
许多相互竞争的线性不稳定性很可能发生在天体物理环境中，重要的是要评估哪一个在给定的情况下增长得更快。建立了一个包含主束等离子体不稳定性的解析模型。完整的三维介电张量，从而解释了冷相对论电子束通过冷等离子体，占引导磁场，返回电子电流和移动质子。考虑任何方向的波矢量允许检索最不稳定的模式为任何参数集。因此，提供了一个统一的描述的丝状（韦伯），双流，布尼曼，贝尔不稳定性（和更多），允许其层次结构的系统参数的准确确定。为了与实际情况和PIC模拟相关，电子与质子的质量比被视为参数，并且用两个不同的值，即1/1836和1/100进行数值计算。在系统参数相空间中，由每种不稳定性所支配的区域的形状远非平凡。对于低密度束流，超磁化区倾向于由双流不稳定性或布尼曼不稳定性控制。对于等于等离子体密度的束流，取决于束流的洛伦兹因子，最多有四种模式可能起作用。在系统参数相空间的某些区域，主模可能随电子质子质量比而变化。应用于太阳耀斑、星系际流和相对论冲击物理学。
2009-04-29 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Direct Experimental Observation of the Gas Filamentation Effect using a Two-bunch X-ray FEL Beam
本文报道了X射线自由电子激光气体器件中的抑制效应的实验观察。测量是在直线加速器相干光源的X射线相关谱仪（XCS）上进行的，使用的是能量为6.5 keV、间隔为122.5 ns的双束团自由电子激光束通过氩气池。用具有足够时间分辨率的快速二极管测量了薄靶散射X射线的双束团束在气室前后的相对强度。结果发现，第二脉冲的强度的前后比始终高于第一脉冲的强度的前后比，揭示了由于第一脉冲在光束路径中的加热和随后的气体密度降低而导致的气室的较低有效衰减。这一测量对于指导高重复率自由电子激光装置（如LCLS-II和欧洲XFEL）的设计和/或减轻气体装置的不利影响或对现有自由电子激光装置的其他未来高重复率升级具有重要意义
2017-05-28 physics.app-ph physics.plasm-ph
Physics of Weibel-mediated relativistic collisionless shocks
我们发展了一个全面的理论模型的相对论性无碰撞对冲击介导的电流的双折射不稳定性。我们显着的非惯性框架中，这种不稳定性是一个主要的磁性的特点，并描述在微观层面上的减速和加热的传入的背景等离子体通过其碰撞与电磁湍流的相互作用。我们的模型比较大规模的2D3V PIC模拟，并提供了一个重要的试金石等离子体系统的现象。
2019-07-25 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Electron Weibel instability and~quasi-magnetostatic structures in~an~expanding collisionless plasma
本研究针对膨胀无碰撞等离子体中的电子Weibel型不稳定性，结合不同外磁场、热电子注入形式及背景等离子体条件，通过粒子模拟揭示电流结构演化规律，可为实验室和空间等离子体的电流成丝及磁湍流问题研究提供支撑。
2023-12-09 physics.plasm-ph
On parallel laser beam merger in plasmas
本文利用非线性薛定谔方程求解器和粒子模拟，研究了等离子体中多束平行激光束的相互作用，揭示了其从非相对论下的自聚焦与互聚焦不稳定性向中等相对论状态转变的物理机制。
2023-12-11 physics.plasm-ph
The temporal evolution of the kinetic drift-Alfven instability of plasma shear flow
等离子体剪切流动力学漂移-阿尔芬不稳定性的线性非模态动力学理论揭示了时间非模态增长随时间增长的速率。剪切模在离子上的湍流散射加速了这种增长。由于剪切流中漂移波和Alfven波的频率随时间的变化，当漂移波和Alfven波的耦合破坏时，不稳定性停止增长。
2013-04-21 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
Kelvin-Helmholtz instability in a current-vortex sheet at a 3D magnetic null
我们在这里报告，第一次，观察到的不稳定性的开尔文-亥姆霍兹（KH）性质发生在一个完全三维（3D）的电流涡片在扇平面的3D磁零点。的电流涡流层形成自洽响应脚点驱动周围的脊柱线的零。该层首先变得不稳定，在一个中间距离的零点，与不稳定的特点是由波纹的风扇表面和剪切层中的电流密度和涡度的双折射。由于剪切层的3D几何形状，观察到电流丝和涡流的分支。这种不稳定性导致等离子体在扇形分界线表面两侧的两个拓扑结构不同的磁通量区域之间混合，因为磁通量在该表面上重新连接。我们对耗散参数对系统标度性的影响作了初步的探讨。我们的研究结果表明，扇平面分界面是一个理想的候选人在复杂的磁场的电流涡面的形成，因此，增强加热和连接性的变化与这些层的不稳定性。
2013-03-25 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Early out-of-equilibrium beam-plasma evolution
我们解析地解决了以下的径向有限的电子束注入到静止的等离子体中的平衡初始阶段，并测试它对粒子在细胞模拟。对于初始大的束边缘梯度和不太大的束半径，相比于电子趋肤深度，电子束被示出演变成环形结构。对于足够低的横向温度，双折射不稳定性最终进行和饱和时，达到横向各向同性。该分析解释了最近的实验束横向观测的变化。
2006-02-24 physics.gen-ph physics.plasm-ph
