Equivalence of two independent calculations of the higher order guiding center Lagrangian
在[J.W. Burby，J. Squire，and H. Qin，Phys. Plasmas { \bf 20}，072105（2013）]和[F.I.帕拉和我。卡尔沃，血浆物理控制。融合{ \bf 53}，045001（2011）]是由于导引中心坐标的不同定义。在这个简短的通信中，明确计算了引导中心坐标之间的差异。
2015-02-07 physics.plasm-ph
Covariant Lagrangian Methods of Relativistic Plasma Theory
我们得到了相对论带电粒子运动的协变分解为平行运动和垂直回转，并利用李变换变换到导向中心坐标。导出了自然导引中心泊松括号结构和哈密顿量。导出了比通常的漂移高一阶的导引中心运动方程，并给出了陀螺动量修正。然后，我们允许程函波扰动的拉格朗日作用。我们发展了一个明显的规范不变和协变的振荡中心理论到任意高阶，从而导出了相对论性有质动力哈密顿量。我们对一个分布上的引导中心作用量求和，再加上麦克斯韦作用量，得到引导中心等离子体的总作用量。在变化，这产生自洽的协变相对论动力学和场方程，从这些我们确定的指导中心的电流密度和指导中心的磁化。诺特定理然后产生协变守恒定律的动量-能量和角动量的相对论引导中心等离子体;从这些我们确定的引导中心应力-能量张量和引导中心自旋角动量张量。重复这种计算的指导/振荡中心，我们发现，变化产生自洽的相对论性动力学和场方程的等离子体在波场中，包括波的色散关系，从这些我们确定波的磁化强度和磁化率。诺特定理然后产生守恒定律的引导中心等离子体中存在的波场，包括波的贡献的应力能量和自旋角动量张量。
2003-07-30 physics.plasm-ph
Coherent keV backscattering from plasma-wave boosted relativistic electron mirrors
本文提出了一种新的亚拍瓦飞秒激光尾流场加速参数方案，使等离子体波进一步加速相对论电子镜成为可能。集成的粒子在细胞模拟，包括镜形成和汤姆逊散射表明，有效的相干后向散射高达keV的光子能量，可以得到与中等驱动器的激光强度和高密度气体目标。
2014-08-21 physics.plasm-ph
Plasma Dipole Oscillation Excited by Trapped Electrons Leading to Bursts of Coherent Radiation
等离子体偶极振荡（PDO）被描述为一个空间局域化的电子块的谐波运动，直到现在，一直是假设的。实际上，等离子体振荡总是作为等离子体波的一部分发生。对等离子体辐射爆发的研究主要集中在等离子体波与电磁波的耦合上。在这里，我们表明，一个非常高的领域PDO可以产生的电子被困在一个移动的训练的势阱。骑在势训练上的电子通过电荷分离相干地构造局部偶极矩。随后的PDO被发现持续稳定，直到其能量完全通过相干辐射发射。在我们的新方法中，运动势由两个轻微失谐的激光脉冲在非磁化等离子体中碰撞提供。辐射的能量在太赫兹光谱区域达到几毫焦耳。所提出的方法提供了一种在实验室中实现PDO作为一种新的辐射源的方法。讨论了PDO作为天体物理射电爆发的一种机制。
2016-12-01 physics.plasm-ph
Visco-elastic fluid simulations of coherent structures in strongly coupled dusty plasma medium
描述粘弹性流体行为的广义流体动力学（GHD）模型经常被用来探索强耦合尘埃等离子体介质在其结晶极限以下的行为。该模型成功地描述了实验观测到的强耦合尘埃等离子体介质的集体简正模。本文着重研究了该模型的非线性动力学特性。具体地说，相干涡补丁的演变正在研究在这个模型的框架内。与牛顿流体和分子动力学（MD）模拟治疗尘埃物种通过汤川势相互作用的比较也被提出。
2014-06-21 physics.plasm-ph
Prediction of temperature barriers in weakly collisional plasmas by a Lagrangian Coherent Structures computational tool
拉格朗日相干结构分析是解释磁化等离子体中输运势垒形成的有效数学方法。这样的LCS，借用流体动力学理论，可以被认为是隐藏的骨架系统，并可以用于研究广泛的传输机制，甚至在等离子体。在本文中，我们证明了这种结构可以特别有用的潜在的隐藏路径管理的磁场线在混沌磁场的运动。为了进行这样的分析，我们开发了一个数值工具，能够检测LCS的一般动力系统。该工具是能够处理一般的坐标系，它被证明是匹配与其他技术已经用于分析混乱的磁场，例如连接长度。在描述了计算工具之后，我们重点讨论了热输运方程以及LCS的温度分布和拓扑结构之间的比较。我们提供的证据表明，数值模拟能够重现类似于RFP实验中观察到的温度分布，我们的工具成功地预测了温度梯度的位置。结果表明，在混沌区域内，场线运动是远离随机和隐藏模式的存在允许发展的高温梯度。
2021-03-30 physics.plasm-ph
Coherent forward stimulated Brillouin scattering of a spatially incoherent laser beam in a plasma and its effect on beam spray
建立了空间非相干单色激光束在等离子体中传输的前向受激布里渊散射（FSBS）的统计模型。发现散斑的平均功率存在一个阈值，该阈值远低于自聚焦阈值，在该阈值以上，激光束的空间非相干性不能阻止FSBS的相干增长。三维模拟证实了它的存在，并揭示了发病的光束spray以上it.From这些结果，我们提出了一个新的品质因数的控制通过等离子体的空间非相干激光束的传播。
2008-05-20 physics.plasm-ph
Trapping, anomalous transport and quasi-coherent structures in magnetically confined plasmas
磁约束等离子体中的强静电湍流的特征在于由$E\times B$随机漂移产生的粒子轨道的捕获或涡旋。捕获显示产生强烈的影响，测试粒子和测试模式。它确定轨迹的非标准统计：非高斯分布，记忆效应和相干性。俘获轨道形成准相干结构。轨道俘获对湍流等离子体的测试模式有很强的非线性影响。我们确定的背景湍流的统计特性的函数的漂移模式的增长率。我们发现，捕获提供的物理机制中观察到的逆级联漂移湍流和纬向流的产生。
2009-03-12 physics.plasm-ph
Lagrangian features of turbulent transport in tokamak plasmas
本研究针对托卡马克等离子体中漂移型湍流驱动的离子湍流输运，通过T3ST模拟发现其拉格朗日特性具近似遍历性等特征，且初始分布的小约束对输运水平影响可忽略。
2025-09-04 nlin.CD physics.data-an physics.plasm-ph
Experimental investigations of quasi-coherent micro-instabilities in Ohmic plasmas
本文利用J-TEXT托卡马克远前向集体散射测量实验识别了欧姆等离子体中的ITG和TEM准相干不稳定性，发现ITG模在密度超过临界值后发生频率降低、振幅增强的分岔行为，并伴随离子能量损失增强和约束退化，为ITG不稳定性驱动离子热输运提供了直接实验证据。
2023-10-26 physics.plasm-ph
Action principle for Coulomb collisions in plasmas
本文导出了等离子体中库仑碰撞的作用量原理。虽然没有自然的拉格朗日存在的朗道-福克-普朗克方程，欧拉变分制剂被发现考虑系统的偏微分方程耦合的分布函数和Rosenbluth潜力。在推广二阶拉格朗日量的能量-动量应力张量后，推导出精确的守恒定律，并且在给定等离子体背景中的测试粒子群的情况下，作用原理被证明对应于单个粒子的朗之万方程。适合离散化，所提出的行动允许建设变分积分。数值实现是留给未来的研究。
2015-09-14 physics.plasm-ph
Coherent subcycle optical shock from superluminal plasma wake
提出利用相对论电子束在密度上升等离子体中产生超光速尾波，通过泡鞘电子相干发射在Cherenkov角处产生具有阿秒级持续时间、高方向性和可调谐频率的孤立亚周期光学冲击波。
2023-09-08 physics.plasm-ph
Sequential terahertz pulse generation by photoionization and coherent transition radiation in underdense relativistic plasmas
采用三维粒子模拟方法研究了双色超短光脉冲与低密度氦气相互作用系统（$> 10^{19}\,\mathrm{W/cm}^2$）产生的太赫兹辐射.太赫兹场被证明是由两种机制依次发生，即，光电离-感应辐射（PIR）的双色脉冲和相干跃迁辐射（CTR）的尾场加速电子逃逸等离子体。对于原子密度为$> 10^{17}\,\mathrm{cm}^{-3}$的等离子体，CTR被证明是主导过程，提供具有高达$100\,\mathrm{GV/m}$的场强和超过$1\,\mathrm{mJ}$的能量的THz突发。为PIR和CTR过程开发了分析模型，该模型正确地再现了模拟数据。
2017-09-14 physics.plasm-ph
Coherent transport structures in magnetized plasmas II: Numerical results
在一对相连的文章（分别称为文章I和II）中，我们应用从动力系统的研究中借来的拉格朗日相干结构的概念到磁场配置，以区分磁力线具有不同行为的区域。在本文中，第二篇文章，我们通过数值计算的方法，研究的情况下的拉格朗日相干结构的二维磁位形的两个岛链产生的磁重联和非线性演化的时间。与以前的结果相比，通过假设一个固定的磁场配置，使我们能够探索粒子速度的依赖性的传输势垒。
2017-12-02 physics.plasm-ph
Coherent Emission Mechanisms in Astrophysical Plasmas
本文综述了射电天文源相干辐射的三个已知例子：等离子体辐射、电子回旋脉泽辐射和脉冲星射电辐射。
2017-07-07 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Relabeling symmetry in relativistic fluids and plasmas
最近制定的相对论正则螺旋度的守恒[Yoshida Z，Kawazura Y，and Yokoyama T 2014 J. Math. Phys. 55 043101]是通过在相对论拉格朗日坐标上构建作用原理从Noether定理导出的（我们获得了包括正则涡度的螺旋度的一般交叉螺旋度）。守恒定律，然后，解释了重新标记对称性有关的拉格朗日标签的流体元素。在欧拉化的诺特电流，纯粹的空间体积积分的拉格朗日坐标映射到四维欧拉坐标上的时空混合的三维积分。欧拉坐标系中的相对论性守恒定律不再由任何无发散流表示;因此，将相对论性螺旋度（由欧拉变量表示）视为诺特荷是不够的，这就是为什么“常规螺旋度”不再是运动常数的原因。在拉格朗日坐标系下建立了相对论性磁流体作用原理，导出了相对论性磁流体交叉螺旋度。
2014-09-19 physics.plasm-ph
Lagrangian diffusive reactor for detailed thermochemical computations of plasma flows
等离子体流中原子和分子能级布居的热化学非平衡模拟需要对所涉及的所有基本碰撞和辐射过程进行全面的建模。将详细的化学机制与流动求解器耦合在一起是计算昂贵的，并且通常将其应用限制在1D模拟中。我们开发了一个有效的拉格朗日扩散反应器移动沿流线的基线流模拟计算详细的热化学效应。除了它的效率，该方法允许我们模拟连续和稀薄流，同时包括质量和能量扩散。拉格朗日解算器进行了评估，包括强大的正激波，以及二维轴对称钝体高超声速稀薄流的几个测试用例。在所有的测试案例中，拉格朗日反应堆大大提高了基线模拟。拉格朗日重新计算的计算成本通常是数量级较小的一个完整的解决方案的问题。该求解器还具有不受统计噪声影响的额外好处，统计噪声会强烈影响DSMC模拟的准确性，特别是考虑到混合物中的次要物质。结果表明，该方法能够应用详细的机制，多维求解器研究热化学非平衡流。
2018-12-10 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Coherent effects in the stochastic electrodynamics of two-fluid plasma
随机电磁场在等离子体中无处不在，最常见的例子是热源的电磁辐射。它们应该对等离子体中的电子和离子施加一个随机力，给它们的运动增加一个随机分量。随机波动量的乘积，如速度和磁场，通过等离子体的双流体模型的动力学方程进行关联，则应表现出非零平均值。这种影响的调查需要空间光谱表示的非线性方程的双流体模型。在无限域上定义的CK函数及其母函数和梯度分别为螺线管场、标量场和无旋场提供正交基，便于坐标空间到模空间的变换.本文建立了一个研究双流体等离子体中随机电磁场随机力相干效应的理论框架，并讨论了由其结构得出的一些结果。方位对称模式被证明是唯一的受益者的随机模式在产生非随机效应的合作。形式主义也有利于调查之间的相互作用的可压缩动力学，这在等离子体压缩，加热和约束和不可压缩动力学，这是参与湍流和自组织等现象中起着核心作用。
2012-08-08 physics.plasm-ph
Nonlinear Energy Transfer Analysis between Coherent Modes in Developing Plasma Turbulence
Institute for Plasma Research（等离子体研究所）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）
研究等离子体中非线性模式相互作用的能量传输，通过非线性波相互作用分析RT和DW模式的能量转移，验证计算方法在湍流发展中的适用性。
2026-08-28 physics.plasm-ph
Coherent Control of Relativistic Electron Dynamics in Plasma Nanophotonics
本文提出利用纳米工程介电纳米柱靶操控局部场，实现相对论电子的亚飞秒、纳米尺度相干控制，实验和模拟证明其可增强加速并调控电子方向性，同时预测可形成亚飞秒电子束团，为激光加速器和等离子体技术发展提供新途径。
2024-11-26 physics.plasm-ph
Coherent transport structures in magnetized plasmas, I : Theory
在一对相连的文章（分别称为文章I和II）中，我们应用从动力系统研究中借来的拉格朗日相干结构（LCS）的概念来研究磁场的配置，以区分磁力线具有不同行为的区域。在本文中，文章我，在回顾的定义和性质的LCS，我们展示了如何将这个概念框架可以应用到磁化等离子体中的粒子输运的研究。因此，我们引入一个简化的模型，使我们能够明确考虑的情况下，磁配置演变的时间尺度上的粒子通过配置的渡越时间。与以前的作品在这个主题上，这种分析需要一个系统，是非周期性的时间进行调查。在这种情况下，庞加莱映射技术不能应用，LCS仍然是唯一可行的工具。
2017-12-07 physics.plasm-ph
Generalized Theory of Blowout-Regime Plasma Wakefields via a Lagrangian Formulation
UCLA（加州大学洛杉矶分校）；ITMO University（ITMO大学）
研究等离子体尾场加速爆轰区，针对现有理论局限，利用简化拉格朗日公式将其推广到非轴对称，推导耦合方程组，能自洽预测相关场，经与粒子模拟对比，展现出描述非轴对称源驱动尾场的能力。
2026-07-27 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Nanoscale femtosecond imaging of transient hot solid density plasmas with elemental and charge state sensitivity using resonant coherent diffraction
在这里，我们建议利用低能量带宽，小波长和穿透功率的超短脉冲从XFEL的共振小角散射（SAXS）的等离子体结构在激光激发等离子体。小角度散射允许检测前向散射方向上的纳米级密度波动。典型地，来自激光激发等离子体的SAXS信号预期由自由电子分布支配。我们提出，当X射线能量与两个束缚态之间的电子跃迁共振时，离子散射信号变得可见（共振相干X射线衍射，RCXD）。在这种情况下，散射截面显著增加，使得来自离子的X射线散射的信号相对于自由电子散射背景形成轮廓，这允许以高空间和时间分辨率测量不透明度和导出量，基本上仅受X射线波长和定时的限制。在这样高的空间和时间分辨率下导出离子空间分布、电荷态分布和等离子体温度等物理量，将使短脉冲激光与固体相互作用中的大量过程，如穿孔和激波传播、扩散和不稳定性动力学、电子输运、加热和超快电离动力学等，可以直接进行实验观测。
2015-08-17 physics.plasm-ph
Wavelet Methods for Studying the Onset of Strong Plasma Turbulence
小波基函数是分析包含不同空间尺度局域相干结构的湍流的一种天然工具。在这里，小波被用来研究发病和随后的过渡到充分发展的湍流从层流状态。最初应用于中性流体湍流，迭代小波技术分解成相干和非相干的贡献领域。与傅立叶功率谱、有限时间李雅普诺夫指数（FTLE）和简单的湍流度量（如场增量的非高斯统计）相比，小波技术提供了湍流发生的定量度量，并跟踪到充分发展的湍流的过渡。小波方法不对相干电流片的结构或等离子体模型作任何假设。相干子波和非相干子波的时间演化分别与等离子体的磁场能量和等离子体的热能高度相关。湍流的开始被确定为在一个范围内的尺度和相应的相干分量下降的非相干波动的背景的快速增长。这暗示了将相干和非相干小波波动解释为相干结构的度量（例如，电流片）和耗散。的比例的非相干相干波动$R_{ic}$被发现是相当均匀的不同的等离子体模型，并提供了一个经验阈值湍流发病。该技术是通过例子来说明。首先，它适用于开尔文-亥姆霍兹不稳定性从不同的模拟模型，包括完全动力学，混合动力（动力离子/流体电子），霍尔MHD模拟。其次，它被应用到发展的湍流下游的弓形激波在磁层模拟。
2018-12-03 physics.plasm-ph
Observation of quasi-coherent density fluctuation in scrape-off layer enhancing boundary transport in high-betaN hybrid plasmas on DIII-D
本文报道了用多普勒后向散射系统在DIII-D托卡马克的刮去层（SOL）区观测到的准相干密度涨落（QCF）。在电子回旋加速器加热期间，在具有近双零偏滤器（DND）形状的高功率、高性能混合等离子体中观察到这种QCF。这种模式与陡峭的SOL密度分布相关，并导致ELMs之间的粒子和热通量显着升高。SOL QCF是一种长波长的离子尺度涨落，在等离子体框架中沿离子反磁方向传播。它的径向扩张约为1.5-2厘米，远远超过了DIII-D上热通量的典型宽度。此外，SOL QCF没有表现出任何明确的依赖于有效的SOL碰撞性，因此可能会提出问题的控制等离子体-材料的相互作用在低碰撞性等离子体中的斑点诱导的运输减少。使用BOUT++与5场简化模型进行线性模拟，并与实验观察结果进行比较。模拟结果表明，SOL密度梯度可以驱动一个类高斯密度扰动，其峰值位置和密度扰动的径向宽度与实验结果一致.
2021-03-19 physics.plasm-ph
Generation and Observation of Coherent, Long--Lived Structures in a Laser--Plasma Channel
在最近的实验中，在相对论强度的激光脉冲与低密度等离子体相互作用，质子照相技术显示的证据长寿命的场结构后产生的自沟道的激光脉冲。我们提出了这种相互作用机制的二维粒子细胞模拟，其中类似结构的动力学已经解决了高的时间和空间分辨率。一个轴对称的场图案，类似于孤子和涡旋结构，已被观察到。目前正在研究这种结构的物理性质，并与实验数据进行比较。
2007-02-21 physics.plasm-ph
Coherent Transition Radiation from Relativistic Beam-Foil Interaction in the Terahertz and Optical Range
利用二维粒子模拟方法研究了相对论电子束与过密等离子体箔相互作用产生的相干渡越辐射。定义明确的单电子束均匀的轮廓或具有子结构被认为是各种束等离子体参数。其主要目的是模拟复杂的光束等离子体条件，经常发现，例如，在强烈的激光等离子体相互作用。CTR的时间，角度和光谱分布的关键属性进行了识别。几个饱和效应，由于光束能量，尺寸和箔密度被发现的CTR能量，和不同的光谱成分，如在太赫兹（THz）和光学范围的依赖性不同。详细的子结构的光束也影响很大的辐射产生，导致独特的高次谐波分量。探索了电子的动能从亚MeV到几十GeV。对于少数MeV的电子束，箔等离子体对束动力学和相关CTR生成的影响，类似于从强烈的激光-等离子体相互作用中产生的热电子的CTR。这些结果可能会发现重要的应用在光束诊断无论是在激光等离子体加速或传统的加速器。它们也可以用来设计使用可调谐电子束的新型THz辐射源。
2019-02-13 physics.plasm-ph
Electron vortex magnetic holes: a nonlinear coherent plasma structure
我们报道了一种新型的亚质子尺度磁洞的性质，这种磁洞是在二维粒子模拟中发现的。模拟是用离子与电子质量比的实际值进行的。这些结构，电子涡旋磁孔（EVMH），具有圆形横截面。磁场凹陷与花瓣状轨道中的被捕获电子群体提供的抗磁方位电流相关联。被捕获的电子群体提供平均方位角速度，并且由于捕获优先选择高螺距角，因此垂直温度各向异性。该结构产生的初始扰动的过程中的湍流演化的等离子体，是稳定的至少100个电子陀螺周期。我们已经验证了EVMH模型进行测试粒子和PIC模拟的孤立结构在一个均匀的等离子体。研究发现，只要在结构位置存在初始垂直温度各向异性，就可以形成（准）稳定结构。这些结构的性质（规模大小，被困人口等）。能够解释观测到的地球等离子体片中磁洞的性质。在其他天体物理等离子体中，EVMH也可能有助于短尺度长度的湍流特性，如湍流度。
2014-12-18 physics.plasm-ph
The Maintenance of Coherent Vortex Topology by Lagrangian Chaos in Drift-Rossby Wave Turbulence
提出“位涡桶队接力”机制，通过随机拉格朗日表示和近可积性，解释并验证了非均匀混合如何增强磁约束聚变等离子体等系统中涡旋结构的韧性。
2024-06-03 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Analytical theory of coherent radiation and radiation friction in laser-plasma collisions
ELI Beamlines facility, The Extreme Light Infrastructure ERIC（极亮基础设施欧洲研究联合体 ELI光束线设施）；National Research Nuclear University MEPhI（莫斯科国立核研究大学 MEPhI）；Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院应用物理研究所）；Skolkovo Institute of Science and Technology（斯科尔科沃科学技术学院）；Deutsches Elektronen–Synchrotron DESY（德国电子同步加速器 DESY）；FNSPE, Czech Technical University in Prague（捷克布拉格理工大学 FNSPE）
本文发展了密集带电粒子束与强激光脉冲对头碰撞中相干辐射和相干辐射摩擦的分析理论，发现前向和后向低频相干辐射主导能量动量损失，并推导了平均动量损失的标度律。
2026-05-27 physics.plasm-ph
Comment on "Evolution Equations of Nonlinearly Permissible, Coherent Hole Structures Propagating Persistently in Collisionless Plasmas''
本文回应了《Annalen der Physik》上针对作者关于电子与离子空穴及其稳定性分析的批评，指出这些批评是对原研究的误解与曲解。
2023-08-02 physics.plasm-ph physics.space-ph
Transport, flow topology and Lagrangian conditional statistics in edge plasma turbulence
利用长谷川-若谷模型及其修正模型研究了边缘等离子体湍流中的拉格朗日统计和粒子输运。后者显示出明显的纬向流的出现。考虑了绝热性参数的不同值。主要目标是描述相干结构的作用，即，涡旋和纬向流，以及它们对粒子的拉格朗日统计的影响。在统计学上稳定的湍流中，考虑了在数百个涡流周转时间内的试验粒子集合之后的计算密集型长时间模拟。流的拓扑结构的特点是使用拉格朗日Okubo-Weiss标准，因此可以将流分成拓扑结构不同的域。在椭圆和双曲区域，停留时间的概率密度函数具有自相似的代数衰减尾。然而，在中间区域，pdf确实表现出指数衰减的尾部。拓扑条件的拉格朗日速度，加速度和密度波动的PDF同样计算。经典的长谷川若谷系统和其修改后的版本之间的差异进行了评估，并强调了纬向流的作用。密度通量谱表征不同长度尺度的贡献进行了研究，其惯性标度被发现与基于尺寸参数的预测一致。分析颗粒示踪剂在不同的时间尺度上的角度变化，对应于粗粒曲率，完成了研究和多尺度几何统计量化的颗粒运动在不同的流态的方向特性。
2022-05-14 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Radiative cooling induced coherent maser emission in relativistic plasmas
本文通过从头算高分辨率动理学模拟，首次揭示强磁化介质中经历同步辐射冷却的相对论性等离子体可经由电子回旋脉泽不稳定性自发产生相干线偏振辐射，且辐射损失延长了相干放大持续时间，为脉冲星发射和快速射电暴等天文现象提供了新解释。
2024-09-27 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Benchmark for two-dimensional large scale coherent structures in partially magnetized ExB plasmas -- Community collaboration & lessons learned
本研究通过十七个国际代码对部分磁化ExB潘宁放电进行基准测试，验证了旋转辐条频率及关键等离子体特性的一致性，并总结了未来基准测试与模拟软件开发的实践经验。
2025-10-24 physics.plasm-ph
Understanding Plasma Turbulence Through Exact Coherent Structures
本文提出利用周期轨道理论分析等离子体湍流，通过数值优化提取相干结构，揭示混沌运动中的秩序，为预测和控制聚变输运提供新方法。
2025-05-25 nlin.CD physics.plasm-ph
Hamiltonian Magnetohydrodynamics: Lagrangian, Eulerian, and Dynamically Accessible Stability -- Examples with Translation Symmetry
由于施加了不同的约束，无耗散流体和磁流体的稳定性条件在拉格朗日、欧拉（能量-卡西米尔）或动态可访问框架内导出时可能采取不同的形式。当存在流动时尤其如此。这些差异进行了明确的探讨，详细工作的两个磁流体动力学的例子：对流对重力在分层流体和旋转磁化等离子体箍缩的conventionally不变的扰动。在第二个例子中，我们以显式形式展示了如何执行Andreussi { \it et al.}中介绍的依赖于时间的重新标记。[物理学] Plasmas { \bf 20}，092104（2013）]，这使得可以将具有流的欧拉平衡重新公式化为重新标记变量中的拉格朗日平衡。在本文中详细介绍的程序提供了一个范例，可以应用到更一般的等离子体配置，此外扩展到更一般的等离子体描述耗散是缺席。
2016-08-24 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Wakefield amplification via coherent Resonant excitation with two copropagating laser pulses in homogeneous plasma
University of Lucknow（勒克瑙大学）；Defence Research and Development Organization（国防研究与开发组织）；University of Delhi（德里大学）
研究通过两束同向传播激光脉冲的相干共振激发在均匀等离子体中实现Wakefield放大，通过调整脉冲时间和间隔，发现当脉冲间隔接近等离子体波长的四分之一时，可实现Wakefield的最大放大，达到单脉冲的三倍。
2026-03-23 physics.comp-ph physics.plasm-ph
White-light parametric instabilities in plasmas
由等离子体中的部分相干辐射驱动的参数不稳定性由广义统计Wigner-Moyal方程组描述，形式上等价于全波方程，耦合到等离子体流体方程。本文导出了部分相干泵浦场驱动的受激喇曼散射的广义色散关系，揭示了色散增长率与辐射场的相干宽度$σ$的关系，后向散射（三波过程）用$1/σ$标度，直接前向散射（四波过程）用$1/σ^{1/2}$标度。我们的结果表明，通过适当地使用宽带泵浦辐射场来控制这些不稳定性的增长率的可能性。
2007-04-21 physics.plasm-ph
Semi-Lagrangian methods for a plasma hybrid model with multi-species kinetic ions and massless electrons
针对含动力学离子与无质量电子的等离子体混合模型，提出改进一维平流次数的半拉格朗日方法，通过泊松括号分裂法拆分系统，采用特殊平均速度的修正隐式中点规则，实现高效且守恒的数值求解，可扩展至多离子物种。
2025-08-22 cs.NA math.NA physics.plasm-ph
Spontaneous formation of magnetic dipoles by interaction of intense laser with overdense plasma
当激光场入射到过密等离子体上时，它无法穿透过密等离子体内部。然而，它的一部分能量通过各种机制（例如真空和$\vec{J} \times \vec{B}）加热[1，2]）转移到电子。这些高能电子在等离子体内部的动力学是一个非常有趣的领域。本文用二维PIC（Particle-In-Cell）模拟方法证明了当强激光脉冲入射到过密靶上时，会产生高能电子，这些高能电子自发地组织起来形成相干结构。这些相干结构被观察到具有与EMHD（电子磁流体动力学）模型[3]的解所显示的类似的动力学特征。值得注意的是，EMHD是一个近似模型，适用于非相对论性电子的动力学。然而，在这些模拟中，由于激光强度非常高，电子能量处于相对论状态。因此，它表明，相对论动力学也允许存在鲁棒相干结构。在粒子水平上观察到有趣的动力学行为，这表明相干结构在其折叠中吸收背景电子，随后以更高的能量发射它们。
2020-03-20 physics.plasm-ph
Ion-Acoustic Waves in Unmagnitized Collisionless Weakly Relativistic Plasma using Time-Fractional KdV Equation
本文用约化微扰法导出了无磁碰撞弱相对论热等离子体中小振幅静电离子声波的Korteweg-de Vries（KdV）方程。时间分数阶KdV方程的拉格朗日量以与正则KdV方程的拉格朗日量类似的形式使用。这个拉格朗日函数的变化导致欧拉-拉格朗日方程，导致时间分数KdV方程。利用分数阶导数的Riemann-Liouvulle定义描述分数阶KdV方程中的时间分数阶算子。用He给出的变分迭代法求解了时间分数阶KdV方程。对初始条件为A0*sech（cx）^2的解进行了计算。本文的研究结果可应用于电离层等离子体环境。
2010-06-25 nlin.PS physics.plasm-ph
Resonant Compton scattering of electromagnetic waves in a quantum plasma
本文利用集体Klein-Gordon-Maxwell模型研究了量子等离子体中静电模式下γ射线区的类拉曼过程对相干电磁波的共振散射。最不稳定的模式的增长率进行了理论计算，结果被发现是更有效的比非相干康普顿散射的电磁波的临界振幅以上的单个电子。该模型不能预测存在于Klein-Gordon-Maxwell模型中的拉曼散射。这些结果与在即将到来的实验室实验或天体物理物体中产生的相干伽马射线有关。
2013-05-30 physics.plasm-ph
Single-Cycle High-Intensity Electromagnetic Pulse Generation in the Interaction of a Plasma Wakefield with Nonlinear Coherent Structures
在无碰撞等离子体中，相干非线性结构（如子周期孤子、电子涡旋和尾流朗缪尔波）与强尾流波的相互作用可以用来产生超短电磁脉冲。相干非线性结构的电磁场被入射尾波的电子密度调制部分反射，形成单周期高强度电磁脉冲。由于多普勒效应，该脉冲的长度比相干非线性结构的脉冲的长度短得多。这个过程是用二维粒子模拟来说明的。所考虑的激光等离子体相互作用制度，可以在今天的实验中实现，并可用于等离子体诊断。
2005-11-23 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Electron acceleration by coherent laser pulse echelons in periodic plasma structures
我们考虑了一种可能性，使用一个梯队的相互相干的激光脉冲产生的新兴的CAN（相干放大网络）技术的直接粒子加速周期性等离子体结构。等离子体结构仅在Single Shot中存活。然而，由于它的简单性和预计非常低的生产成本，该结构可以在每一个千赫重复率的激光发射中被替换。我们讨论共振和自由流配置。共振等离子体结构可以捕获较长激光脉冲的能量，但限于约10^{14}\{ \rm W/cm^{2}}的中等激光强度，并且对结构质量非常敏感。自由流配置可以在高于10^{18}\，{ \rm W/cm^{2}}的激光强度下存活数十飞秒，使得远高于{ \rm TeV/m}的持续加速速率是可行的。在我们的完全电磁相对论粒子在细胞（PIC）模拟中，我们显示了一个测试电子聚束增益高达120\，{ \rm GeV}的距离为5.3\，{ \rm cm}。
2013-06-27 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Positivity-preserving semi-Lagrangian discontinuous Galerkin methods for multi-species Vlasov-Ampère models of plasma
Iowa State University（爱荷华州立大学）
针对多物种Vlasov-Ampère系统，提出一种基于半拉格朗日间断伽辽金框架的高阶保正动力学求解器，采用算子分裂和局部限制器确保正性，并在多种标准测试案例中验证了其精度与鲁棒性。
2026-09-29 cs.NA math.NA physics.plasm-ph
Self-organization of dissipative and coherent vortex structures in non-equilibrium magnetized two-dimensional plasmas
利用第一性原理微观朗之万动力学方法，研究了平面几何条件下非平衡磁化等离子体的性质。等离子体的非平衡态是由于电荷的复合和产生而维持的，本文研究了非平衡稳态磁化等离子体的内在微观结构，特别是粒子间的关联和涡旋结构的自组织。模拟已经进行了广泛的参数，包括强等离子体耦合，高电荷复合和产生率，和强烈的磁场。模拟结果表明，非平衡复合和产生过程触发了二维等离子体中远离热平衡的有序耗散或相干漂移涡旋态的形成.这是显而易见的，从不寻常的性质的二元分布和行为的库仑能量的系统，这原来是相当不同的典型的平衡态的等离子体在相同的条件下。
2010-07-04 cond-mat.other physics.plasm-ph
Time-Fractional KdV Equation Describing the Propagation of Electron-Acoustic Waves in plasma
本文用约化微扰法导出了小振幅有限振幅电声波的Korteweg-de Vries（KdV）方程。时间分数阶KdV方程的拉格朗日量以与正则KdV方程的拉格朗日量类似的形式使用。这个拉格朗日函数的变化导致欧拉-拉格朗日方程，导致时间分数KdV方程。利用分数阶导数的Riemann-Liouvulle定义描述分数阶KdV方程中的时间分数阶算子。用He给出的变分迭代法求解了时间分数阶KdV方程。对初始条件为A0*sech（cx）^2的解进行了计算。本研究的结果可能适用于某些等离子体环境，如地球的磁尾区。
2010-04-12 nlin.PS physics.plasm-ph
Solution of Time-Fractional Korteweg-de Vries Equation in warm Plasma
本文用约化微扰法导出了小振幅有限振幅离子声波的Korteweg-de Vries（KdV）方程。时间分数阶KdV方程的拉格朗日量以与正则KdV方程的拉格朗日量类似的形式使用。这个拉格朗日函数的变化导致欧拉-拉格朗日方程，导致时间分数KdV方程。利用分数阶导数的Riemann-Liouvulle定义描述分数阶KdV方程中的时间分数阶算子。用He给出的变分迭代法求解了时间分数阶KdV方程。对初始条件为A0*sech（cx）^2的解进行了计算。本文的研究结果可应用于电离层等离子体环境。
2010-03-19 nlin.PS physics.plasm-ph
Hidden Lagrangian coherence and memory effects in the statistics of Hamiltonian motions
该研究针对二维不可压缩湍流中平均速度下的示踪剂统计相干效应问题，发现平均速度会显著改变输运与轨迹统计，且该效应本质源于运动的隐藏相干分量。
2023-06-13 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Topological-Torsion and Topological-Spin as coherent structures in plasmas
经典电磁学的偏微分方程可以由两个外部微分系统产生，这两个外部微分系统在拓扑上将场强和电势F-dA= 0与场激发和电荷电流密度J-dG = 0区分开来。势A的存在导致独立的3-形式的T-Torsion = A^F和T-Spin = A^G。这些3-形式的外导数（发散）产生定义两个经典庞加莱不变量的异常。这些形式的封闭积分，当冻结场的变形不变量时，定义等离子体中的拓扑相干结构。当T-Torsion（T-Spin）为零时的解定义了拓扑基础上的横向磁（电）模。当T-Torsion的发散不为零时，存在一个经典的机制，电荷沿磁场线加速产生辛等离子体电流;沿B场线的大温度梯度可以作为中子星中恒星等离子体喷流的来源。在这种情况下，扭转矢量由动作电位的共形不变性唯一定义。在挠率矢量方向上的等离子体电流使A^F和A^G保持共形不变，因此这些场被冻结，即使过程是不可逆的。与这种冻结场相关的衰减相干和可变形拓扑结构是持久和可观察的伪像，类似于尾流，可以出现在任何等离子体域中，例如围绕恒星的区域。
2001-02-01 physics.plasm-ph physics.space-ph
Study of Coherent and Incoherent Plasma Emissions: Role of Plasma Wave Excitation and Breaking
在这里，我们实验映射的电子等离子体波在激光固体相互作用的动力学。我们做了时间分辨测量的二次谐波和硬X射线产生的相互作用的强（$10^{16} W cm^{-2}$，100 fs，800 nm）激光与固体表面上产生的预等离子体。在这个时间分辨研究中探索的参数空间包括尺度长度、激光偏振和激光强度的变化。这些测量一起完成带来了强驱动的电子等离子体波行为的新功能，这还没有被实验探索到目前为止。我们根据共振吸收和破波机制对结果进行建模。谐波和X射线发射显示出对比的行为，这表明试图通过蛮力来提高谐波效率的陷阱。然而，通过简单的调整，我们观察到，硬X射线可以增强或控制高达两个数量级和二次谐波高达一个数量级的最佳条件下。这些结果将有助于我们理解短波长产生和快速粒子产生的控制机制，以开发更有效的应用源。
2003-08-23 physics.atom-ph physics.plasm-ph
On the Identification of Coherent Structures in Space Plasmas: the Magnetic Helicity-PVI Method
等离子体湍流可以看作是由大小尺度相干结构组成的磁景观。在这个复杂的网络中，大的螺旋磁管可能被小尺度的磁重联事件（电流片）分开。然而，在连续的数据流中识别这些磁性结构一直是一项具有挑战性的任务。在这里，我们提出了一种方法，能够表征湍流太阳风的大尺度和小尺度结构的基础上，结合使用的过滤磁螺旋度（$H_m$）和增量的偏方差（PVI）。这种简单的，单航天器技术，已验证第一次通过直接数值模拟等离子体湍流，然后应用于数据从帕克太阳探测器（PSP）的任务。这种新颖的分析，结合$H_m$和PVI方法，揭示了大量的通量管填充太阳风和不断合并的接触区域，磁重联和粒子加速可能发生。
2020-10-16 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Non-diffusive, non-local transport in fluids and plasmas
综述了流体和等离子体中的非扩散输运。在流体的背景下，非扩散混沌输运的Rossby波在纬向流的拉格朗日方法进行了研究。在等离子体物理的背景下，感兴趣的问题是压力梯度驱动的等离子体湍流中的测试粒子输运。在这两个系统中的粒子位移的概率密度函数（PDF）是强非高斯和统计矩表现出超扩散异常标度。分数阶扩散模型的提出和测试中的非扩散拉格朗日统计的流体和等离子体问题的定量描述。此外，分数扩散算子被用来构建非本地传输模型，表现出上山运输，多值通量梯度关系，快速脉冲传播现象，和“隧道”的扰动跨越运输障碍。
2010-09-15 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Energetic spin-polarized proton beams from two-stage coherent acceleration in laser-driven plasma
我们提出了一个方案来克服自旋极化离子加速中极化损失的巨大挑战。当拍瓦级激光脉冲穿透由双层平板和预极化卤化氢气体组成的复合等离子体靶时，激光驱动的等离子体在靶中产生了一个强的准静态纵向电场。该场具有变化的漂移速度，通过两阶段相干加速过程有效地提升预极化质子。它的优点是不仅能获得高能量的束流，而且能消除加速质子的不希望的极化损失。我们通过哈密顿量分析研究了质子动力学，特别是推导了触发两级相干加速的阈值。为了证实理论预测，我们进行了三维PIC模拟，其中前所未有的质子束的能量接近半GeV和极化比$\sim$ 94\%。
2020-11-20 physics.acc-ph physics.app-ph physics.plasm-ph
