The penetration of plasma clouds across magnetic boundaries : the role of high frequency oscillations
本文报道了无碰撞等离子体云通过自极化穿透磁垒的实验。在这里,我们专注于所产生的异常磁场扩散到等离子体云,两个数量级的速度比经典的,这是一个重要方面的等离子体云穿透机制。如果没有如此快速的磁扩散,动能β低于1的云将根本无法穿透磁垒。量身定制的诊断已被用于测量的参数范围内的动力学β?0.5到10,并且具有单位数量级的归一化宽度w/r(gi)。结合高频密度涨落和电场涨落的实验数据,得到了有效异常横向电阻率η(EFF)。它的结论是,他们都是占主导地位的高度非线性振荡在较低的混合范围内,由一个强大的抗磁电流回路,这是成立于等离子体中的穿透过程中驱动。从电阻率eta(EFF)计算的异常磁扩散率,是一致的与单杆多探针阵列测量的抗磁腔和相关的准直流电结构。给出了用广义(低频)欧姆定律中的电阻项对不稳定性测量的解释。
2004-10-20 physics.plasm-ph
Investigation of Tearing Mode Stability Near Ideal Stability Boundaries Via Asymptotic Matching Techniques
本文改进TJ撕裂模代码并基准测试,发现接近理想稳定性边界时撕裂模本征函数趋同于理想模,但增长率各异,并提出可检测理想稳定性边界的简单测试。
2025-03-31 physics.plasm-ph
Boundary layers and noise in magnetized plasmas line-tied at conducting surfaces
在磁化等离子体的情况下,磁场相交的大规模导电边界,“线绑”边界条件经常使用,解析和数值模拟。对于理想的MHD等离子体,这些条件是在给定磁场连续穿透良导体的相对较长的时间尺度下达到的。在线约束边界条件下,数值模拟经常表现出可以被解释为从边界发出的数值“噪声”。我们在这里证明这种“噪音”是真实的。通过结合数值和分析方法,我们突出了导体附近的边界层的存在,并确认了短波长结构的外观骑在长波长的功能。我们的结论是,为了数值保真度的边界层需要解决。边界层宽度按等离子体\b{eta}的平方根缩放。
2018-12-21 physics.plasm-ph
Self-organization and symmetry-breaking in two-dimensional plasma turbulence
本文在磁流体力学的框架内研究了二维磁化等离子体的自发自组织,特别强调了由约束边界形状引起的磁致破缺。这是量化的角动量,这被证明是快速和自发地产生的初始条件下,只要没有角动量的几何形状缺乏轴对称。通过考虑圆形、正方形和椭圆形边界来说明这种效果。结果表明,在非轴对称的几何形状的角动量的产生可以通过增加磁压力增强。雷诺数越大,这种影响越强。先前在低雷诺数下观察到的磁角动量(或角场)的产生在较大雷诺数下变得较弱。
2010-09-13 physics.plasm-ph
Lagrangian coherent structures and plasma transport processes
用动力学系统框架描述了磁场中等离子体的输运过程。对于具有一个自由度的周期系统,庞加莱映射提供了相空间的分裂成粒子具有不同类型运动的区域:周期,准周期或混沌。这些区域的边界是运输障碍;即,在系统的整个演化过程中,轨迹不能跨越这些边界。拉格朗日相干结构(LCS)将这种方法推广到具有最一般时间依赖性的系统,将相空间分裂成具有不同定性行为的区域。这导致了有限时间传输障碍的定义,即轨迹在有限的时间内不能穿过障碍。该方法可用于识别动力系统中的快速再循环区域,并表征它们之间的传输。
2015-07-27 physics.plasm-ph
Excitation of Electromagnetic Wake Fields by one-dimensional Electron Bunch in Plasma in the Presence of Circularly Polarized Intense Electromagnetic Wave
研究了在强单色圆极化电磁波(CPEM)泵浦下,一维带电粒子束对电子等离子体中电磁尾波的激发.在零态(无聚束),泵浦波与等离子体的相互作用用麦克斯韦方程组和冷等离子体的相对论非线性流体力学方程描述。在此背景下,考虑了一维聚束对线性波的激发。结果表明,对应于泵浦波、聚束和等离子体的三种参数范围,所得到的感生波线性方程组有三种类型的解。在第一个范围内的参数值的横向分量的诱导波的振幅被示出为一束能量的增长,并在一定的值的相对论性因素的一束几乎是独立的能量和增加成比例的泵波的强度和频率。束团的相对论性因子对诱导波的纵向分量的依赖性很弱。它的振幅和波长随泵浦光强度的增加而增大。第二个参数范围是谐振参数范围。由聚束激发的波的振幅是到聚束的距离的线性函数。在第三范围的参数值的诱导场的纵向分量是本地化的聚束边界附近,并与这些边界的距离的增加呈指数下降。随着离聚束边界的距离增大,激发波横向分量的振幅趋于一个常数。
1999-01-29 physics.plasm-ph
Terahertz frequency conversion at plasma-induced time boundary
该研究通过实验与理论分析飞秒激光产生的等离子体超快时间边界,揭示宽带太赫兹波的红移、蓝移及振幅变化机制,凸显时间边界在频谱工程中的优势。
2025-07-28 physics.optics physics.plasm-ph
Excitation of a global plasma mode by an intense electron beam in a dc discharge
数值研究了强流电子束与有限长非均匀等离子体的相互作用。等离子体密度分布在中间最大,并向等离子体边缘衰减。两个政权的双流不稳定性观察。在一种状态下,不稳定性的频率是在密度最大时的等离子体频率,并且等离子体波在等离子体的中间被激发。在另一个区域,不稳定性的频率与等离子体边缘附近的局部等离子体频率相匹配,并且在等离子体边界附近发生强烈的等离子体振荡。后一种制度偶尔出现,只为强电子束电流。这种不稳定性会产生大量的超热电子。向超热电子的能量转移是不稳定性的饱和机制。
2017-11-14 physics.plasm-ph
Characterization of the equilibrium configuration for modulated beams in a plasma wakefield accelerator
我们分析了调制光束的平衡位形与尖锐的边界暴露在与等离子体相互作用的自生场。通过半解析的方法,我们表明存在多个平衡配置,我们确定一个更适合于尾流场激发。一旦指出的约束的光束的前面,因此发散驱动的发射度的情况下,我们研究的平衡位形的演变,而在等离子体中传播,丢弃所有其他的时间依赖性。我们显示了一个刚性向后漂移的平衡配置的发病,我们提供了一个解释,在第一束的长度增加。
2016-02-12 physics.plasm-ph
Experimental Measurement of Overlapped Sheaths
由于等离子体鞘层环境的复杂性,实验上很难在狭窄的几何结构中测量等离子体特性,其中鞘层从相反的边界重叠。由于这种几何形状经常在工业等离子体应用中发现,因此这种类型的精确测量具有重要意义。在本文中,我们采用微米级的尘埃颗粒作为非微扰探针的等离子体环境。粒子自由落体技术,然后被用来测量鞘层配置文件中产生的射频等离子体玻璃盒。结果表明,该技术可以识别等离子体的工作条件,在相对的壁鞘开始重叠,以及效果的大小。
2022-09-29 physics.plasm-ph
Electrostatic stability of electron-positron plasmas in dipole geometry
在点偶极和Z箍缩偶极几何极限下研究了正负电子等离子体的静电稳定性。推导并求解了亚反弹频率不稳定性的动力学色散关系。对于零德拜长度的情况下,稳定性图被发现表现出奇异行为。然而,当德拜长度为非零时,流体模式出现,这解决了所观察到的奇异性,并且还表明温度和密度梯度都可以驱动不稳定性。结果表明,确定参数空间中的稳定边界需要一个有限的德拜长度。朗道阻尼研究尺度充分小于德拜长度,不稳定的情况下。
2017-11-21 physics.plasm-ph
ConStellaration: A dataset of QI-like stellarator plasma boundaries and optimization benchmarks
Proxima Fusion
ConStellaration数据集提供QI类磁镜等离子体边界及优化基准,旨在促进磁镜设计的跨学科研究与应用。
2025-11-26 cs.LG physics.plasm-ph
Field-reversed bubble in deep plasma channels for high quality electron acceleration
本文研究了具有光滑边界的空心等离子体通道中激光驱动电子在气泡区的加速。与均匀等离子体的情况相反,激光在前部不形成光学冲击和蚀刻。这增加了有效气泡相速度和能量增益。纵向场具有允许单能量加速的平台。我们观察到低至10^{-3} r.m.s.每个横截面中的相对验证光束能量不确定性和0.3%的总能量扩展。通过改变深槽内等离子体密度分布,可以调节气泡场以平衡激光耗尽和退相长度。推导了深槽中气泡的标度律。超短煎饼状激光脉冲导致每焦耳激光脉冲能量的加速电子的最高能量。
2014-11-20 physics.plasm-ph
A non-linear theory for the bubble regime of plasma wake fields in tailored plasma channels
我们介绍了第一个完整的解析气泡和吹出模型的径向非均匀等离子体在准静态近似。对于这两种情况,我们计算了加速场和聚焦场。在我们的模型中,我们还假设了一个薄的电子层,周围的尾场和计算的字段配置内。我们的理论适用于任意的径向密度分布,并减少到已知的模型中的均匀等离子体的限制。根据先前对具有用于气泡状态中的激光驱动电子加速的平滑边界的中空等离子体通道的研究,我们知道煎饼状激光脉冲导致最高的电子能量[Pukhov等人,PRL 113,245003(2014)]。如图所示,气泡场可以通过改变深通道内的等离子体密度分布来调节,以平衡激光耗尽和退相长度。现在我们来说明为什么通道真空部分的径向场会散焦。
2015-10-30 physics.plasm-ph
Interaction of Biased Electrodes and Plasmas: Sheaths, Double Layers and Fireballs
偏置电极是等离子体源和诊断的常见组件。等离子体-电极相互作用由中间鞘层结构介导,该鞘层结构影响接触电极表面的电子和离子的性质,以及电极如何影响本体等离子体的性质。已经观察到了丰富多样的鞘层结构,包括离子鞘层、电子鞘层、双鞘层、双层、阳极辉光和火球。这些代表了复杂的自组织响应的等离子体,不仅取决于电极的局部影响,但也对等离子体的全局属性和其他边界,它是在接触。这篇综述总结了最近的进展,在理解的条件下,每种类型的鞘的形式,什么基本的稳定性标准和稳态性能的每一个,以及在其中每一个可以影响等离子体边界相互作用和散装等离子体特性。这些结果可能是感兴趣的一些应用领域,其中使用偏置电极,包括诊断,材料的等离子体改性,等离子体源,电推进,以及等离子体与空间物体的相互作用。
2019-11-15 physics.plasm-ph
Constraining the inner boundaries of COCONUT through plasma \b{eta} and Alfvén speed
针对全球日冕模型内边界观测数据不足、易出现不合理流场的问题,研究通过约束等离子体β和阿尔芬速度调整COCONUT模型内边界条件,消除了不合理快速流且不显著影响磁拓扑,助力太阳活动极大期建模。
2024-12-02 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.plasm-ph
Magnetic Confinement of an Ultracold Neutral Plasma
我们证明了磁约束的超冷中性等离子体(UCNP)在零的双锥尖,或四极磁场。最初,UCNP由于电子热压力而膨胀。当等离子体遇到更强的场时,膨胀减慢,密度分布随场而变化。UCNP电子在大部分等离子体上被强烈磁化,而离子磁化仅在边界处显著。观察表明,电子和离子主要被捕获的磁镜和双极电场分别。限制时间接近0.5毫秒,而非磁化等离子体在几十微秒的时间尺度上消散。
2020-10-30 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Influence of finite ion Larmor radius on the dynamics of weakly-collisional plasma jets colliding in magnetic arch
Federal Research Center A. V. Gaponov–Grekhov Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences(俄罗斯科学院阿·瓦·加波诺夫-格列霍夫应用物理联邦研究中心);Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod(下诺夫哥罗德罗巴切夫斯基国立大学)
研究有限离子朗德半径对弱碰撞等离子体喷流在磁拱场中相互作用动力学的影响,发现系统尺寸接近离子朗德半径时相互作用更剧烈,而增大系统尺度则过渡到理想MHD状态。
2025-08-04 physics.plasm-ph
Enhanced betatron radiation by steering a low-energy-spread electron beam in a deflected laser-driven plasma wiggler
激光尾流场加速器(LWFA)在产生高质量高能电子束(e束)的同时,还能通过电子感应加速器(Betatron)辐射产生明亮的X射线源,这对超快科学的泵浦探测研究具有重要的应用前景。然而,为了获得高质量的电子束,电子注入和加速应仔细操纵,其中必须避免大的振荡幅度,因此发射的X射线产率是有限的。在这里,我们报告了一个新的计划,实验上提高电子感应加速器辐射显着的光子产额和光子能量分离的电子注入和加速从操纵的电子束横向振荡在尾流通过引入倾斜的薄等离子体折射板。粒子模拟表明,电子束横向振荡幅度可以增加超过10倍,转向后,由于在板的边界处的折射偏转的激光驱动的尾流场。由于在等离子体摇摆器制度的低能量扩展的电子束的峰值能量的小的变化,可以抑制的X射线的光谱展宽。结果表明,高质量电子束的产生、折射和摆动可以作为一个整体,在一个紧凑的LWFA中实现单能电子束和亮X射线的同时产生。
2017-06-04 physics.plasm-ph
Experimental study on edge energetic electrons in EXL-50 spherical torus
Hebei Key Laboratory of Compact Fusion(河北紧凑型聚变重点实验室);ENN Science and Technology Development Co., Ltd.(新奥科技发展有限公司)
研究发现EXL-50球面托卡马克中高能电子在LCFS外被有效限制,表明需采用多流体模型而非传统平衡方程。
2021-12-20 physics.plasm-ph
On the structure of the two-stream instability -- complex G-Hamiltonian structure and Krein collisions between positive- and negative-action modes
双流不稳定性可能是等离子体物理和束-等离子体系统中集体不稳定性的最重要的基本例子。对于一个基于一维温流体模型的两种带电粒子的温等离子体,双流不稳定性的不稳定性图显示了一个有趣的能带结构,尚未得到解释。我们表明,这种不稳定性的能带结构是热双流体系统的哈密顿性质的后果。有趣的是,哈密顿性质表现为波数空间中复杂的G-哈密顿结构,它直接决定了不稳定性图。具体而言,它示出的稳定和不稳定的区域之间的边界的位置Krein碰撞本征模式与不同的Krein签名。从物理学的角度来看,这严格地意味着,当一个积极的行动模式与一个消极的行动模式共振时,系统就会不稳定,而且这是系统不稳定的唯一机制。预计这种不稳定的物理机制对于等离子体物理、加速器物理和流体动力学系统中的保守系统中的其他集体不稳定性是有效的,这些系统允许无限维哈密顿结构。
2016-04-11 physics.plasm-ph
Spatial proximity effects on the excitation of Sheath RF Voltages by evanescent Slow Waves in the Ion Cyclotron Range of Frequencies
从理论上研究了鞘层射频振荡与离子回旋波发射器发射的近射频平行电场E//空间结构的关系。我们使用一个简单的模型,慢波(SW)的倏逝耦合直流(DC)等离子体偏置通过鞘边界条件在一个三维平行六面体填充均匀的冷磁化等离子体。在一个“宽鞘”渐近制度,有效的大幅度近RF场,RF部分的这个简单的RF+DC模型变成线性的:鞘振荡电压VRF在开放的场线边界可以重新表示为线性组合的个人贡献的每个发射点在输入场地图。SW倏逝使个人的贡献都较大的波发射点位于更接近鞘壁。|VRF|随发射点/鞘极向距离的衰减涉及到SW的横向消逝长度和侧边界的径向突出深度。|VRF|随发射极/鞘层平行距离的衰减被量化为平行SW倏逝长度和开放磁场线的平行连接长度的函数。对于现实的几何形状和目标SOL等离子体,极向衰减发生在几厘米。发现|VRF|的典型平行衰减长度小于IC天线平行延伸。因此,IC天线侧限制器处的振荡鞘电压主要对这些限制器附近的有源或无源导电元件的E//发射敏感,如最近的实验观察所示。平行邻近效应也可以解释为什么鞘振荡坚持反对称带环形相位,尽管辐射场地图的平行反对称。他们最终可以证明目前试图减少天线盒附近感应的射频场,以衰减其附近的鞘层振荡。
2017-01-11 physics.plasm-ph
The muphyII Code: Multiphysics Plasma Simulation on Large HPC Systems
本文介绍 muphyII 多物理场等离子体模拟代码,通过多尺度模型层级、自适应域分解、守恒耦合与电子子循环,在空间重联场景中验证其大规模 HPC 模拟能力。
2023-12-04 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Hydrodynamic model of the collective electron resonances in C60 fullerene
的富勒烯C60建模为一个均匀的球形等离子体壳层的偏振响应光谱计算的框架内的流体动力学方法允许的费米分布的价电子引起的空间色散。偶极本征振荡谱的壳被发现包含一系列的等离子体振子区分的频率和径向结构。如果等离子体壳层的厚度比托马斯-费米长度大得多,则前两个(C60的结构是到目前为止讨论的主题)传递到等离子体壳层的较低和较高的表面等离子体激元。然而,在对应于C60分子的参数值下,当这些长度具有相同数量级时,发现这两个等离子体激元(对富勒烯吸收光谱提供主要贡献)在其空间结构中实际上是体积激元,并且它们中较高的等离子体激元的频率变得大于等离子体频率(与所有较高体积的等离子体激元一样)。的共振曲线的富勒烯吸收截面的基础上计算的发展模型与津贴的表面损失所造成的电子在壳层边界的反射同意与实验数据令人满意。
2017-10-14 physics.plasm-ph
Electron power absorption in capacitively coupled neon-oxygen plasmas: a comparison of experimental and computational results
利用相位分辨光发射谱(PROES)测量和1d 3v粒子-单元/蒙特卡罗碰撞(PIC/MCC)模拟相结合的方法,研究了氖氧混合气体中电容耦合等离子体(CCP)中电子的能量吸收和激发/电离动力学。研究是在间隙长度为2.5 cm的几何对称CCP反应器中进行的,驱动频率为10 MHz,峰-峰电压为350 V。混合气体的压力在15 Pa和500 Pa之间变化,而氖/氧浓度在10%和90%之间调节。对于所有的放电条件下,从Ne基态到Ne $\rm{2p^53p_0}$状态的电子碰撞激发率的时空分布的PROES测量和PIC/MCC模拟得到的显示出良好的定性协议。基于发射/激发模式,识别多个操作机制。在高压和高O $_2$浓度下,由电负性的局部最大值引起的体边界处的局部明亮发射特征被发现。双极和欧姆电子功率吸收的相对贡献被发现强烈地随放电参数而变化:欧姆功率吸收被增强,在高压下的高碰撞性和在低压下的高电负性。在本研究所涵盖的宽参数范围内,发现PROES测量准确地代表了电离动力学,即,放电操作模式。这项工作也代表了一个成功的实验验证的放电模型开发的双氧CCP。
2022-05-13 physics.plasm-ph
Resonant shear-flow instability in anisotropic supersonic plasmas with heat flux
Shamakhy Astrophysical Observatory named after N. Tusi, Ministry of Science and Education of the Republic of Azerbaijan(纳希切万·图西沙马克希天文台,阿塞拜疆共和国教育部);Baku State University(巴库国立大学)
本文研究了温度各向异性与平行热流对碰撞less等离子体中超音速剪切流稳定性的影响,通过16时刻传输方程分析线性扰动的斜向传播,发现共振不稳定性在波相速度与均流速度匹配时达到峰值,且在高马赫数下增长率为渐近值。
2026-05-13 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Electron dynamics in small magnetospheres: insights from global fully-kinetic plasma simulations of planet Mercury
水星拥有一个小但高度动态的磁层,其中电子的作用和动力学仍然在很大程度上未知。我们的目标是模拟全球动态的太阳风电子撞击水星的磁层。特别相关的是当地的加速过程和全球环流模式。这项工作的目标是追求通过三维的,完全动力学粒子在细胞模拟建模的相互作用的太阳风与Hermean磁层。这种方法允许一个自洽的表示等离子体动力学从大行星尺度下的电子动力学规模。数值模拟使用两种不同的太阳风条件:纯北或纯南行星际磁场方向。我们发现,高等离子体电流(几个$μ$ A/m ~ 2的顺序)流动的磁层边界(弓形激波和磁层顶)由电子为主。这个电流是由我们的模型中解决的小尺度电子物理驱动的。此外,我们观察到强烈的电子加速高达几十keV的后果时,行星际磁场是指向南方的磁重联。这些高能电子部分被困在行星的偶极磁场中,主要是在夜面。最后,通过研究电子在我们的模拟沿水手10号和BepiColombo第一次水星飞越轨迹的分布,我们建议,这两个航天器观察到这种充满活力的准捕获电子人口最接近的方法。
2022-04-30 physics.plasm-ph physics.space-ph
Self-consistent interaction of neutrals and shocks in the local interstellar medium
氢中性粒子与日光层弓形激波区相互作用的问题最近受到了相当大的关注,主要是希望旅行者号航天器可能很快遇到日光层边界的第一个。到目前为止,电荷交换相互作用的复杂性限制了我们的分析理解。在这项工作中,我们发展了一个半解析的一维模型的基础上的双重膨胀技术,研究自洽相互作用的冲击波与中性。基本的方法使用玻尔兹曼传输方程,描述中性运输,并耦合到等离子体质子主要通过电荷交换过程。首先展开的中性的gyrotropic分布函数的勒让德多项式,其次是相关的拉盖尔谐波。得到的方程组可以转换成一个方阵,其特征值取决于源和等离子体分布。星际质子,在一个高$β$限制,描述的流体动力学与源项耦合中性和等离子体,并进一步修改这两个分布在一个自洽的方式。
2008-04-02 physics.plasm-ph physics.space-ph
Influence of a large-scale field on energy dissipation in magnetohydrodynamic turbulence
在磁流体动力学(MHD)湍流中,大尺度磁场为小尺度动力学设定了一个优选的局部方向,改变了各向同性情况下的湍流统计。即使在没有总磁通量的情况下也会发生这种情况,因为MHD湍流形成随机取向的大尺度强磁场域。因此,研究小尺度磁等离子体湍流的习惯是假设一个相对于湍流涨落的强背景磁场。例如,这是在等离子体的简化模型中完成的,例如简化MHD、降维动力学模型、陀螺动力学等,这使得理论计算更容易并且数值计算更便宜。然而,最近已经清楚的是,湍流能量耗散集中在强磁场变化的区域。相当一部分的能量耗散可能局限于非常小的体积中,对应于强磁化畴之间的边界。在这些区域,简化模型不适用。这对磁等离子体湍流中粒子加热和加速的研究具有重要意义。本文的目的是系统地研究局部磁场变化与磁能量耗散之间的关系,并了解其对模拟真实湍流等离子体中能量耗散的影响。
2017-03-09 astro-ph.HE physics.flu-dyn physics.plasm-ph