Interaction between electrostatic collisionless shocks generates strong magnetic fields
采用多维粒子模拟方法研究了静电冲击波之间的正面碰撞。结果表明，冲击波的速度明显下降，并在相互作用后产生了强磁场。这种横向磁场是由于韦伯不稳定性所造成的压力各向异性，由于纵向电子加热，而冲击接近对方。最后，它表明，这种现象可以在实验室中探索与当前的激光设备在一个显着的参数范围内。
2019-06-17 physics.plasm-ph
Density bump formation in a collisionless electrostatic shock wave in a laser-ablated plasma
实验观察到飞秒激光烧蚀铝箔时，在无碰撞静电冲击波的前端出现密度隆起。我们已经进行了数值模拟的动力学的这种现象的发展，同时产生的一个包的离子声波，暴露于一个持续流动的高能电子，在无碰撞等离子体。我们提出了所观察到的效果的物理解释，并表明，凸块由过境粒子，即，从致密的等离子体层的加速离子，和稀释的背景等离子体，由纳秒激光预脉冲在烧蚀过程中形成的离子。
2016-07-07 physics.plasm-ph
Collisionless shocks in laboratory astrophysics experiments
基于两种不同的碰撞算法及其在两个著名的粒子模拟程序EPOCH和SMILEI中的实现，研究了等离子体碰撞对激光驱动无碰撞激波形成和离子加速的影响。在这种设置中，超强入射激光脉冲在厚靶中产生热电子，在激光-等离子体界面处发射静电冲击，同时还通过钻孔效应推动界面。我们观察到，在不同程度上，由于碰撞和改进（$\ge 10\%$）的准单能离子的能谱中的PIC代码EPOCH和SMILEI的空间电荷效应的减弱。这些结果确定了实验室天体物理学实验中无碰撞冲击的“无碰撞性”。
2019-07-10 physics.plasm-ph
Low Mach-number collisionless electrostatic shocks and associated ion acceleration
利用激波结构的半解析解研究了低马赫数（$M \gtrsim 1$）静电无碰撞激波的存在性及其性质。我们表明，在半解析模型中得到的冲击的属性可以很好地再现在全动力学欧拉Vlasov-Poisson模拟，其中的冲击是由初始密度不连续的衰减产生的。利用这个半解析模型，我们研究了电子与离子温度比和杂质的存在对最大激波势和马赫数的影响。我们发现，即使是少量的杂质可以影响冲击性能显着，包括反射光离子分数，这可以改变几个数量级。重离子等离子体中的静电冲击反射了大部分氢杂质离子。
2017-12-19 physics.plasm-ph
Monoenergetic proton beams accelerated by circularly polarized laser with thin solid foils
研究了圆偏振激光脉冲与稠密等离子体相互作用中离子的加速问题。对于圆偏振激光脉冲，由于在激光脉冲的相互作用前沿建立的光压力和静电场，建立了电子的准平衡。静电场可以使激光脉冲趋肤深度内的离子在电荷耦合过程中同步加速和聚束，从而产生单能高强度质子束。推导了加速离子的动力学方程，并通过粒子模拟进行了验证。
2007-12-22 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Conditions of structural transition for collisionless electrostatic shock
本研究通过一维PIC模拟发现无碰撞静电冲击在高密度梯度下转变为双层结构，阈值密度比约为40，并更新模型预测临界马赫数，提出基于加速分数预测冲击速度的半解析方法。
2023-08-08 physics.plasm-ph
Collisionless ion modeling in Hall thrusters: analytical axial velocity distribution function and heat flux closures
分析了无碰撞霍尔推力器放电离子轴向速度分布函数的成因。在离子产生单能和稳态的简化假设下，应用Tonks-Langmuir理论，从Vlasov方程得到了VDF的解析形式。从Vlasov方程推导出等效的一维非定常各向异性矩方程组，并制定了简单的唯象封闭，假设离子VDF的多项式形状。的分析结果和各向异性矩方程进行比较碰撞PIC模拟，采用零热通量（欧拉方程）或多项式VDF封闭的热通量。然后将分析离子VDF及其矩与实验测量值进行比较。
2020-06-09 physics.plasm-ph
Very High Mach Number Electrostatic Shocks in Collisionless Plasmas
本文提出了不同温度和密度的等离子体板碰撞产生无碰撞静电冲击的动力学理论。理论结果得到了自洽粒子模拟的证实，揭示了高马赫数（$M \gg 10$）静电激波的形成和稳定传播，远高于静电激波经典理论的预测。
2005-12-23 astro-ph physics.plasm-ph
Distinct parallel electrostatic collisionless shocks in hot-cold ablative mixing plasmas
本研究通过一维VPIC模拟和理论分析，揭示了热冷烧蚀混合等离子体中平行静电无碰撞激波的形成机制，发现其主要受温度而非压力控制，并阐明了电子热通量的自由流极限与对流标度特性。
2025-03-31 physics.plasm-ph
Monoenergetic High-energy Ion Source via Femtosecond Laser Incident Parallel to a Microplate
利用完全三维的粒子模拟方法，我们证明了现有的飞秒激光系统可以通过平行照射几十微米长的等离子体板，稳定地产生能量为100 MeV、扩散度为$\sim1\%$的质子束。当激光脉冲沿着板扫过时，它拖出准直高能电子的巨大电荷（$\sim$ 100 nC），并沿着板表面将它们加速到超质动能。当这种密集的电子流到达板的后端时，它会感应出一个很强的静电场。由于电子的过量空间电荷，纵向场变成聚束，而横向场是聚焦的。总之，与相同激光参数下典型目标法向鞘层加速度和辐射压力加速度的模拟结果相比，这导致了高度单能谱和更高的质子能量。
2020-09-09 physics.plasm-ph
Laser-driven collimated tens-GeV monoenergetic protons from mass-limited target plus preformed channel
研究了超强激光脉冲辐照截面小于光斑尺寸的抛物型密度通道靶对质子的加速。靶将激光分成两个平行的传播部分，这两个部分沿着它们的路径对背面等离子体电子进行雪犁，从而在它们之间的间隙中产生两个相邻的平行尾流和强烈的返回电流。被捕获在尾流场中的辐射压力预加速的靶质子现在经受准静态尾流静电场和磁场的加速以及准直。粒子模拟结果表明，在9.8 *10^21 W/cm 2的圆偏振激光脉冲作用下，可以实现稳定的长距离加速，产生峰值能量> 10 GeV、发散角<2 °的30 fs单能离子束。
2011-12-08 physics.plasm-ph
Exploring the nature of collisionless shocks under laboratory conditions
无碰撞冲击在天体物理学中是普遍存在的，它们对于理解宇宙射线加速至关重要。强激光的实验室实验正在为探索和验证决定无碰撞冲击加速过程的微观物理开辟道路。我们确定的冲击字符-静电或电磁-静电冲击的横向电磁波动的稳定性的基础上，作为一个函数的电子温度和流速的等离子体成分，我们比较的分析模型与粒子在细胞模拟。通过与驱动等离子体流的激光参数的连接，我们证明了具有不同和独特的底层微观物理的冲击可以在实验室中用最先进的激光系统进行探索。
2014-01-13 physics.plasm-ph
Laboratory observation of ion acceleration via reflection off laser-produced magnetized collisionless shocks
本研究在激光产生的磁化等离子体中，首次通过实验直接观测到超临界准垂直无碰撞激波反射加速离子的现象，结合模拟揭示了动生电场的加速作用，可为地球弓激波的准单能快离子成分提供解释。
2023-08-25 physics.plasm-ph physics.space-ph
Physics of collisionless shocks - theory and simulation
无碰撞冲击发生在物理学的各个领域。在空间和天体物理学的背景下，它们已经被研究了几十年。然而，对冲击波的形成和粒子加速的彻底理解仍然缺失。无碰撞冲击可分为电磁冲击和静电冲击。电磁冲击主要在天体物理环境中起重要作用，它们由韦伯不稳定性或定向不稳定性介导。在这种冲击中，带电粒子通过扩散冲击加速获得能量。静电冲击的特征在于强静电场，这导致电子捕获。离子被静电势的反射加速。冲击波的形成和粒子加速将在理论和模拟中讨论。
2015-09-16 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Identification of electrostatic two-stream instabilities associated with a laser-driven collisionless shock in a multicomponent plasma
静电双流不稳定性在静电无碰撞激波形成中起着重要作用。它们是一种关键的耗散机制，导致离子加热和加速。由于冲击加速离子的数量和能量取决于不稳定性，因此精确识别主动不稳定性是重要的。二维粒子在细胞模拟多组分等离子体揭示离子反射和加速在冲击波前，激发纵向传播的静电不稳定性，由于非振荡分量的静电场在上游地区的冲击，和产生向上和向下移动的速度分量内的扩展离子组件。使用一维静电等离子体色散函数，其中包括电子和离子的温度效应，C2 H3Cl等离子体的不稳定性的线性分析表明，最不稳定的模式是静电离子束双流不稳定性（IBTI），这是弱依赖于电子的存在。IBTI是由膨胀的质子和碳离子群体之间的速度差激发的。有一个静电电子-离子双流不稳定性与一个小得多的增长率与人口的质子在冲击反射。与激光驱动的无碰撞冲击相关联的快速增长的IBTI的激发增加了准单能离子束的亮度。
2021-10-14 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Data-driven discovery of a heat flux closure for electrostatic plasma phenomena
本研究利用稀疏回归方法，从OSIRIS粒子模拟数据中识别出六个关键项，构建了适用于一维静电等离子体现象的热通量闭合模型，为无碰撞流体模拟提供了平衡计算效率与物理保真度的数据驱动解决方案。
2025-03-21 physics.plasm-ph
Collisionless electrostatic shock formation and ion acceleration in intense laser interactions with near critical density plasmas
本文研究了近临界密度等离子体中激光驱动的无碰撞静电激波的形成及随后的离子加速。粒子模拟结果表明，由于激光在近临界密度等离子体中的快速传播，激光驱动的无碰撞静电冲击的速度和冲击加速的离子的能量都可以大大提高。然而，在近临界密度的等离子体中，冲击波形成之前需要比数十个激光波周期更长的响应时间，与高过密度靶中的快速冲击波形成相反。更重要的是，我们发现，即使在激波上的静电势跃变小于离子在激波系中的动能时，某些离子也可以被无碰撞激波反射，这似乎与传统的离子反射条件相反。这些异常离子反射归因于强时间振荡电场伴随着激光驱动的无碰撞冲击在近临界密度等离子体。
2016-11-21 astro-ph.HE physics.acc-ph physics.plasm-ph
Effect of a weak ion collisionality on the dynamics of kinetic electrostatic shocks
在严格无碰撞的静电冲击中，由于离子布居的部分反射，离子分布函数可以沿着相空间分离线发展不连续性。在本文中，我们离开严格的无碰撞制度，并提出了一个半解析模型的弱碰撞动能冲击。该模型被用来研究小，但有限的碰撞对静电冲击的影响，他们被发现平滑这些不连续性到不断增长的边界层。更重要的是，离子扩散到相空间的先前空的区域中并在其中积累，并且通过扰乱电荷平衡，导致静电势的下游振荡不断增长。我们发现，冲击的碰撞年龄是更相关的措施的碰撞效应比碰撞性，前者可以成为显着的冲击的寿命期间，即使是弱碰撞。
2019-02-06 physics.plasm-ph
Geometrical description of non-linear electrostatic oscillations in relativistic thermal plasmas
我们开发了一种方法，用于调查1粒子分布的形状和非线性静电振荡在无碰撞等离子体中，结合横向热运动之间的关系。一个一般的表达式，找到最大的可持续电场，并评估一个特定的高度各向异性分布。
2008-07-30 physics.plasm-ph
Self-consistent generation of the ambipolar electric field in collisionless plasmas via multi-mode electrostatics
本文提出一种基于多模傅里叶展开的自洽方法，在重力分层的无碰撞等离子体中生成双极电场并恢复电荷中性，为模拟更真实的恒星大气奠定基础。
2025-09-03 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Kinetic Solitary Electrostatic Structures in Collisionless Plasma: Phase-Space Holes
本文综述无碰撞等离子体中相空间电子/离子空穴的物理机制，对比其与孤子的平衡原理，梳理2016年前领域历史发展并详述此后在空穴加速、稳定性及多维效应上的研究进展。
2024-07-11 physics.geo-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
Electrostatic turbulence and Debye-scale structures in collisionless shocks
我们提出了一百多个大振幅双极静电结构的分析，在准垂直超临界地球的弓形激波穿越，测量的磁层多尺度航天器。双极结构的出现与激波过渡区的磁场梯度密切相关。双极结构具有负静电势和几个德拜长度的空间尺度。双极结构传播的速度（在等离子体静止帧）的顺序的离子声速的冲击法线高度倾斜。我们认为双极结构是由入射离子和反射离子之间的双流不稳定性产生的离子相空间空穴。这是第一次确认的离子双流不稳定性在无碰撞冲击。电子加速的影响进行了讨论。
2019-12-04 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Laser-accelerated, low divergence 15 MeV quasi-monoenergetic electron bunches at 1 kHz
我们演示了激光尾场加速的准单能电子束团高达15兆电子伏，在1 kHz的重复频率与2.5 pC的电荷每束和一个核心与< 7 mrad的光束发散。加速是由5 fs，< 2.7 mJ的激光脉冲入射到一个薄的，近临界密度的氢气射流。低光束发散归因于对激光载波包络相位滑移的降低的敏感性，这通过使用激光偏振和气体射流控制以两种方式实现：（1）电子注入到气体射流的等离子体密度下降斜坡上的尾流中，以及（2）使用圆偏振驱动脉冲。在下坡中的温和波破碎的条件下，电子束轮廓具有与κ电子能量分布一致的2D洛伦兹形状。这种分布以前只在空间或尘埃等离子体中观察到。我们将这种形状归因于二次尾流场气泡势所限制的强相关无碰撞聚束，其中气泡中的红移激光场将横向速度空间扩散赋予聚束。
2020-10-29 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Resilience of quasi-isodynamic stellarators against trapped-particle instabilities
结果表明，在完美的准等动态仿星器，被困粒子的反弹频率远高于不稳定的频率稳定在静电和碰撞的限制。因此，无碰撞俘获粒子的不稳定性是稳定的，以及普通的电子密度梯度驱动的俘获电子模式。这一结果来自静电不稳定性的能量平衡，因此与磁几何的所有其他细节无关。
2015-09-14 physics.plasm-ph
Collisionless microinstabilities in stellarators I - analytical theory of trapped-particle modes
这是两篇关于仿星器中无碰撞、静电微观不稳定性的论文中的第一篇，重点是捕获粒子模式。据发现，在所谓的最大- $J$配置，捕获粒子不稳定性是缺席的参数空间的大区域。准等动力仿星器具有这种性质（近似），理论预测被捕获的电子稳定在所有频率低于电子反弹频率的本征模。物理原因是，反弹平均曲率对所有轨道都是有利的，并且被捕获的电子在与漂移波传播方向相反的方向上进动，从而排除了波粒共振。这些考虑仅取决于静电能量平衡，并且除了最大$J$条件之外与磁场的所有几何性质无关。然而，如果纵横比是大的和不稳定的相速度大大不同于电子和离子的热速度，它是可能的，以获得一个变分形式的频率显示，稳定性占主导地位的参数空间的一个更大的部分比从能量参数。因此，准等动力仿星器中的无碰撞俘获电子模应该比托卡马克中的更稳定。
2013-11-14 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
Nonlinear dispersion of stationary waves in collisionless plasmas
从单粒子振荡中心哈密顿量出发，得到了无碰撞等离子体中一般驻波的非线性色散的非微分形式。对于非磁化等离子体中的静电振荡，作为一个典型的例子，线性介电函数被广义化，和被困粒子的波频移$Δω$的贡献被发现解析作为波振幅$a$的函数。平滑分布像往常一样产生$Δω\sim a^{1/2}$。然而，束状分布的陷阱电子导致不同的幂律，甚至对数非线性，这是作为相同的色散关系的渐近极限。
2011-05-01 physics.plasm-ph
Lattice Boltzmann model for collisionless electrostatic drift wave turbulence obeying Charney-Hasegawa-Mima dynamics
采用格子玻尔兹曼方法（LBM）求解磁化等离子体绝热漂移波湍流的Charney-Hasegawa-Mima（CHM）模型. CHM-LBM模式包含一个正压状态方程的潜力，包括类似于准地转模式中的科里奥利力的交叉产品的力项，和一个密度梯度源项。膨胀的晶格玻尔兹曼模型方程导致冷离子流体的连续性和动量方程，这类似于CHM动力学下的漂移排序。标准测试用例（传播，稳定漂移模式和衰减湍流）的数值解进行比较，通过传统的有限差分格式，直接离散的CHM方程得到的结果。LB方案类似于特征CHM动力学，除了在密度梯度方向上的附加剪切。产生的剪切随漂移比减小，并归因于下伏LBM的可压缩极限。
2021-09-26 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Electron Beam Weibel Instability in the Collisionless Shock with Low Mach Number
采用粒子模拟方法研究了静电无碰撞激波中电子束的韦伯不稳定性。当非相对论入射等离子体与冷的稀等离子体碰撞时，在界面附近形成静电激波。在此基础上，由于韦伯不稳定性的存在，形成了一个附加的面外磁场。结果表明，入射热电子的各向异性不足以触发韦伯不稳定性。在稀等离子体中，冷电子激发了韦伯不稳定性。稀等离子体中的电子在被冲击电场加速到相对论速度后，具有相当大的各向异性，可以触发韦伯不稳定性
2022-02-09 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Solution to a collisionless shallow-angle magnetic presheath with kinetic ions
使用的离子和绝热电子的动力学模型，我们解决了一个稳定的状态，电子排斥磁预鞘中，一个均匀的磁场使一个小的角度$α\ll 1$（弧度）与壁。预鞘特征厚度为典型的离子回旋半径$ρ_{\text{i}}$。德拜长度$λ_{\text{D}}$和离子$λ_{\text{mfp}}$的碰撞平均自由程满足$λ_{\text{D}} \ll ρ_{\text{i}} \ll αλ_{\text{mfp}}$序，因此采用准中性无碰撞模型。我们假定静电势仅是离壁面距离的函数，并且它在$ρ_{\text{i}}$尺度上变化。利用$α\ll 1$中的展开式，导出了离子密度的解析表达式，该表达式只依赖于磁预鞘入口处的离子分布函数和静电势分布。重要的是，我们增加了在壁附近区域的轨道的关键贡献。通过引入准中性方程，导出了离子分布函数在磁预鞘入口处必须满足的一个条件--Chodura条件的动力学等价条件。使用的离子分布函数在入口处的磁预鞘，满足动力学Chodura条件，我们找到了自洽的静电势，离子密度和流量的数值解的磁预鞘的几个值的$α$。我们的数值计算结果还包括离子在德拜鞘入口处的速度分布。我们发现，在小的值的$α$有实质上较少的离子与一个大的正常分量的速度进入壁。
2018-10-13 physics.plasm-ph
Electrostatic ion-cyclotron instabilities modified by the parallel and perpendicular plasma flow velocity shears
利用分段式无碰撞等离子体源实现了对平行于和垂直于磁场线的等离子体流速剪切的外部独立控制。观察到静电离子回旋不稳定性被垂直流速剪切抑制，发现其抑制物理可分为两个方面。另一方面，平行的流速剪切被证明是不稳定的离子回旋不稳定性取决于在没有场对准的电子漂移流的平行剪切的符号。
2004-10-21 physics.plasm-ph
Solitary versus Shock Wave Acceleration in Laser-Plasma Interactions
用数值模拟的方法研究了超强激光与稠密等离子体相互作用中激发非线性静电波（如激波和孤子）以及由此产生的离子加速问题。孤子的稳定性和激波的形成强烈地依赖于离子的速度分布。离子谱中的单能成分是由孤立波的"脉冲"反射产生的。可能的相关性，最近的实验“冲击加速”进行了讨论。
2011-11-28 physics.plasm-ph
Electrostatic Plasma wave excitations at the interplanetary shocks
在过去的几十年里，不同类型的等离子体波（例如，离子声波（IAWs）、静电孤立波（ESWs）、上/下混合波、朗缪尔波等）。在无碰撞行星际激波的上游、下游和斜坡区都观察到了激波。这些波在现场测量中表现为短持续时间（在1 au处仅几毫秒）的电场特征，典型频率为$\sim1-10$ kHz。在IP冲击的IAW功能的数量似乎是无法解释的动力学模型，需要一个新的建模工作。因此，本文致力于弥合这一差距。在本文中，我们模拟的线性IAWs内的激波斜坡，通过设计一种新的线性化方法的两流体磁流体力学方程的空间依赖的冲击参数。据发现，对于平行传播的波，线性色散关系导致一个有限的增长率依赖于激波密度压缩比，风的数据表明。进一步的分析表明，波的频率增长的冲击斜坡内的下游，和波的增长率是独立的电子-离子的温度比，磁层多尺度（MMS）的原位测量表明，和均匀的冲击斜坡内。因此，这项研究有助于了解在无碰撞IP冲击的IAW的特性。
2022-12-23 physics.plasm-ph
Gyrofluid simulations of collisionless reconnection in the presence of diamagnetic effects
本文采用哈密顿回旋流体模型，通过数值模拟研究了离子Larmor半径对磁重联的影响。在线性区，离子抗磁效应降低了主模的增长率。离子温度的升高使磁岛向离子抗磁漂移方向扩展。在非线性区域，抗磁效应减小了岛的最终宽度。与电子密度不同，导向中心密度不倾向于沿分界线分布，在高离子温度下，静电势呈现出与电子密度相关的小尺度结构和与离子导向中心密度相关的大尺度结构的叠加。
2011-09-01 physics.plasm-ph
Shielding of absorbing objects in collisionless flowing plasma
本文利用线性化的等离子体离子动力学方程，考虑了带电吸收体（尘埃颗粒）对离子的吸附，研究了尘埃颗粒在流动的无碰撞等离子体中的静电屏蔽。研究了吸收对颗粒势吸引部分的影响。对于亚热离子流，在垂直于离子流的方向上的颗粒势的吸引部分可以显着减少或完全破坏，这取决于吸收率。然而，对于超热离子流，吸收对垂直于离子流方向上的颗粒吸引力的影响呈指数弱。因此，有人认为，在超热离子流的限制下，吸收对晶粒屏蔽电位的影响可以安全地忽略典型的晶粒尺寸相关的复杂等离子体。
2010-07-06 physics.plasm-ph
Ion acceleration at two collisionless shocks in a multicomponent plasma
强激光与等离子体相互作用是实验室研究无碰撞冲击离子加速的重要手段。用二维粒子单元法计算了多组分等离子体，在归一化激光矢势a0超过10时，用线偏振激光驱动时，在两个不同的纵向位置观察到两个静电无碰撞激波。此外，这些冲击，与质子和碳离子，显示幂律依赖于a0和加速离子不同的速度在一个扩大的上游具有更高的通量比在单组分氢或碳等离子体。这是由不同离子的荷质比差异引起的静电离子双流不稳定性造成的。在空间和天体物理学中，多组分等离子体中的无碰撞冲击中的粒子加速是普遍存在的，这些计算确定了在实验室中研究这些复杂过程的可能性。
2021-04-02 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Quasi-perpendicular fast magnetosonic shock with wave precursor in collisionless plasma
一个一维的粒子在细胞（PIC）模拟跟踪一个快速的磁声冲击在时间尺度上的逆离子回旋频率。磁压力与上游的热压力相当。冲击波以电磁极限中快磁音速的1.5倍的速度传播穿过均匀背景磁场，其压力等于角度为85 $^\circ$的上游热压力。静电对波色散的贡献在大波数下增加了其相速度，这导致凸色散曲线。在激波之前形成一个快磁声前兆，其相速度超过快磁声速度约$\sim 30 \%$。波比冲击慢，因此被阻尼。
2018-05-07 physics.plasm-ph
Properties and evolution of anisotropic structures in collisionless plasmas
基于Jeans定理，提出了一类新的Vlasov-麦克斯韦方程组的精确静电解，用于研究远离热力学平衡的二维各向异性等离子体的演化和性质.特别地，研究了电子-离子等离子体平板进入真空的自由膨胀。
2016-08-22 physics.class-ph physics.plasm-ph
Head-on collision of ion acoustic shock waves in collisionless plasma with pair-ions and electrons
研究了由正负离子和电子组成的非磁化无碰撞等离子体系统中离子-声冲击波（IASW）的迎头碰撞及其对冲击波（单调和振荡）形成和相移的影响。孤子解是从双侧Korteweg-de Vries Burger（KDVB）方程导出的。采用扩展的Poincare-Lighthill-Kuo（ePLK）方法得到KdVB方程。假设负离子是不动的，电子在等离子体中遵循玻尔兹曼能量分布。等离子体的参数，如密度比和运动粘度的静电激波轮廓，相移，振幅，形成的冲击（单调和振荡），以及对孤立子的解决方案的影响进行了研究。结果表明，正负离子的密度比对冲击波的形成和碰撞后的相移起着至关重要的作用。
2018-06-06 physics.plasm-ph
Laser-driven Collisionless Shock Acceleration of Ions from Near-critical plasmas
本文概述了在近临界密度CH和He等离子体中，分别由1 μ m（Omega EP）和10 μ m（UCLA Neptune Laboratory）激光驱动的静电无碰撞冲击波加速窄能散离子束的实验和数值结果。CH靶中的冲击波产生高能50 MeV质子（能量扩散<30%）和314 MeV C6+离子（能量扩散<10%）。质子和碳离子加速到相似速度的观测结果与激波前沿运动势的粒子反射一致。对于CO_2激光驱动的气体射流冲击波，在He离子谱中检测到30MeV的峰值。粒子在细胞模拟表明，无论目标的密度分布的进一步控制是需要的加速离子束的部分能量扩散，产量和最大动能的优化。
2020-06-12 physics.plasm-ph
The physics of a small-scale tearing mode in collisionless slab plasmas
微撕裂模是由撕裂宇称电子温度梯度驱动的等离子体不稳定性，它导致磁通量表面的精细尺度撕裂，从而导致磁场线重联和磁岛的形成。在平板几何形状，它以前已经表明，驱动机制需要一个有限的碰撞频率。然而，我们发现在线性回旋动力学模拟中，一个无碰撞的精细尺度撕裂宇称不稳定性存在，即使在低和零碰撞频率。详细的研究表明，这些板模式也驱动的电子温度梯度，但电子有限拉莫尔半径的影响是敏感的，并有一个径向波数远小于副正规波数，这是可比的离子拉莫尔半径。此外，它们甚至存在于静电极限中，电磁效应实际上对这种无碰撞撕裂模式具有稳定影响。分析模型表明，这种无碰撞的小尺度撕裂模式与撕裂宇称平板电子温度梯度（ETG）模式一致，这可能比经常研究的扭曲宇称ETG模式更不稳定。这种小尺度的撕裂宇称模式可以导致磁岛，这反过来又会影响磁化等离子体中的湍流输运。
2020-05-14 physics.plasm-ph
Modulated envelope localized wavepackets associated with electrostatic plasma waves
已知的静电等离子体模式的非线性振幅调制检查在一个通用的方式，通过应用无碰撞流体模型。冷（零温度）和温暖的流体的描述进行了讨论，并比较结果。适度的非线性振荡制度的影响，通过应用多尺度技术。计算得到一个非线性薛定谔方程（NLSE），它描述了慢变波振幅在时间和空间上的演化。的NLSE承认本地化的信封（孤立波）解决方案的明亮（脉冲）或黑暗（孔，空隙）类型，其特性（最大振幅，宽度）取决于等离子体的内在参数。明确考虑了振幅微扰、有限温度和缺陷（尘埃）浓度等效应。与类似的高度本地化的调制波结构在最近的卫星任务中观察到的相关性进行了讨论。
2004-10-15 physics.plasm-ph
Available energy and ground states of collisionless plasmas
本文考虑了无碰撞等离子体在静电涨落作用下的能量收支，并计算了在各种限制等离子体运动可能形式的约束条件下，热能超过最小值的情况。该过量测量多少热能“可用于”转化成等离子体不稳定性，并且因此构成等离子体稳定性的非线性测量。具有零可用能量的分布函数定义了“基态“，在这个意义上，它的能量不能通过任何线性或非线性等离子体运动而降低。在具有小密度和温度波动的弗拉索夫等离子体中，可用能量与这些量的均方成比例，并且超过理想或电阻磁流体力学中的相应能量。如果第一或第二绝热不变量守恒，则基态通常具有不均匀的密度和温度。磁约束等离子体通常不处于任何基态，但某些类型的仿星器等离子体相对于保持这两个绝热不变量的波动是如此，使得等离子体对这种波动线性和非线性稳定。被偶极磁场限制的等离子体也可以享受类似的稳定性。
2017-06-16 physics.plasm-ph
Magnitude of Short-Wavelength Electric Field Fluctuations in Simulations of Collisionless Plasma Shocks
本文通过1D粒子网格模拟，发现当上游电子温度高于离子温度时，短波长电场涨落幅度随频率比增大并达到实际值，且与静电孤立结构相关；温度比反转时幅度较小。
2025-09-25 physics.plasm-ph physics.space-ph
Collisionless microinstabilities in stellarators II - numerical simulations
微不稳定性表现出丰富多样的行为在仿星器由于在磁几何的许多自由度。最近发现，某些仿星器（具有最大$J$几何形状的准等动力仿星器）对捕获粒子不稳定性具有部分弹性，因为快速反弹的粒子倾向于从接近边缘稳定性的这些模式中提取能量。在现实中，仿星器从来都不是完美的准等动力，因此出现了一个问题，即它们是否仍然受益于增强的稳定性。在这里，Wendelstein 7-X和一个更准的等动力学配置，QIPC的稳定性进行了数值研究，并与国家紧凑型仿星器实验（NCSX）和DIII-D托卡马克进行了比较。在gyrokinetic模拟中，进行与gyrokinetic代码GENE在静电和无碰撞近似，离子温度梯度模式，陷阱电子模式和混合型不稳定性进行了研究。Wendelstein 7-X和QIPC在所有包括动力学电子的模拟中表现出显著降低的增长率，并且后者确实被发现在能量预算中保持稳定。这些结果表明，不完全优化的仿星器可以保留大部分的稳定性能预测完美的最大$J$配置。
2013-11-14 physics.plasm-ph
Maximum entropy states of collisionless positron-electron plasma in a dipole magnetic field
构建了偶极磁场约束无碰撞正负电子等离子体最大熵状态的理论模型，通过分析三个绝热不变量对相空间分布函数的影响，证明了在广泛物理参数下两种粒子的有效约束，并通过数值评估验证了该理论。
2022-11-22 physics.plasm-ph
Island formation in collisionless kinetic plasmas with perturbed orbits
在相空间共振的vinicity为一个给定的物种的等离子体，粒子分布函数是平坦的自由能之间的交换等离子体和共振电磁波。在这里，我们提出的作用角变量，明确分离的绝热不变量的贡献，所产生的扰动的哈密顿量在一个单一的轨道的过程中。然后，我们进行类似的分析的轨道周期，允许一个确定的生成函数$ψ$修改的零阶贡献的轨道周期（未扰动轨道）的情况下，粒子能量不是时不变的。我们认为，人口的“准捕获”粒子穿过分界线，直接允许岛的增长和衰变。然后，我们采用$ψ$在合奏的情况下，通过考虑这个生成函数如何允许6+ 1维静电Vlasov方程的有限增长和频率扫描的模式发生的解决方案。最后，我们推导出一个近似形式的分界线外的$ψ$，允许定性观察相空间剪切和岛屿的形成。
2019-11-10 physics.plasm-ph
Intrinsic rotation drive by collisionless trapped electron mode turbulence
利用回旋运动理论，对静电无碰撞俘获电子模（CTEM）湍流驱动的平行残余应力和平行湍流加速度进行了解析计算。准线性结果表明，平行的残余应力对正向磁剪切和湍流强度剖面的同向旋转贡献了一个向外增大的通量。这可能引起固有的逆流旋转或并流旋转轮廓的平坦化。CTEM湍流驱动的平行湍流加速消失，由于密度波动和离子压力波动之间没有相移。这与离子温度梯度（ITG）湍流的情况不同，对于ITG湍流，湍流加速可以为正常的磁剪切和湍流强度轮廓向外增加提供并流驱动。预测其数量级与残余应力发散的数量级相同[Lu Wang and P.H. Diamond，Phys. Rev. Lett. { \bf 110}，265006（2013）]。这些理论结果的实验观测的电子回旋加热效应的环形旋转的可能连接进行了讨论。
2016-04-08 physics.plasm-ph
Ion-acoustic shocks with reflected ions: modeling and PIC simulations
非相对论性无碰撞激波广泛存在于空间和天体物理等离子体中，被称为高效的粒子加速器。然而，我们对无碰撞冲击的理解，包括它们的结构和它们加速粒子的机制仍然不完整。我们在这里提出的结果的数值模拟的离子声碰撞无冲击的基础上的一维（1D）动力学近似的电子和离子与一个真正的质量比。特别强调的是作为冲击耗散的主要驱动程序的冲击反射离子。根据激波参数研究了反射效率、反射粒子速度分布和激波静电结构。本文讨论了粒子加速在地球物理和天体物理冲击中的应用。
2015-03-26 physics.plasm-ph
Modulational interactions in quantum plasmas
基于量子等离子体的动力学Wigner-Poisson模型，提出了一种处理无碰撞量子等离子体中静电场调制相互作用的形式。该方法可用于研究量子等离子体中静电场之间的非线性相互作用，如湍流的发展、自组织以及从弱湍流态到强湍流态的转变等。特别是，使用这种形式主义，我们得到的动力学量子Zakharov方程，描述非线性耦合的高频朗缪尔波的低频等离子体密度变化的情况下，非简并和简并等离子体电子。
2013-05-13 physics.plasm-ph
Electrostatic shock dynamics in superthermal plasmas
用解析和数值方法研究了离子声激波在非热等离子体中的传播。考虑了非磁化的无碰撞电子-离子等离子体，其特征在于超热（非麦克斯韦）电子分布，其由$κ$ -（kappa）分布函数建模。采用多尺度方法，它表明，低振幅冲击的动力学模型的混合Korteweg-de Vries - Burgers（KDVB）方程，其中的非线性和色散系数的$κ$参数的函数，而耗散系数是离子粘度的线性函数。所有相关的冲击参数取决于$κ$：从一个纯麦克斯韦行为的偏差更高诱导冲击更窄，更快，更大的振幅。KDVB方程的扭结形解决方案对外部扰动的稳定性配置文件进行了研究，发现的冲击的空间配置文件依赖于和色散和耗散之间的相互作用的作用被阐明。
2011-12-29 physics.plasm-ph
Trapping oscillations, discrete particle effects and kinetic theory of collisionless plasma
研究了有限个$N$粒子对无碰撞等离子体中单色静电扰动演化的影响。对于单个波的增长和阻尼，离散粒子数值模拟显示了一个$N$依赖的长时间行为，它不同于由Vlasovian方法引起的数值误差，并且遵循单个粒子的脉动分界线交叉动力学。
2001-03-09 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.comp-ph
Emission of electromagnetic waves as a stopping mechanism for nonlinear collisionless ionization waves in a high-$β$ regime
嵌入中性气体中的高能量密度等离子体能够发射向外传播的非线性静电电离波，该电离波捕获高能电子。捕获维持强鞘层电场，使得能够在场电离的辅助下实现快速且持久的波传播。使用1D3V动力学模拟，我们研究的电离波的传播中存在的横向MG级磁场的目的，以确定定性的变化在一个政权的初始热压力的等离子体超过磁场的压力（$β>1$）。我们的关键发现是，磁场通过使维持波的高能电子发射电磁波而失去能量，从而阻止了波的传播。发射伴随着从等离子体中驱逐出的磁场和从捕获波结构中增加的电子损失。所描述的效应为涉及嵌入等离子体的应用提供了一种缓解快速等离子体膨胀的机制，例如从激光照射的氘气射流产生高通量中子。
2021-02-11 physics.plasm-ph
Time-resolved characterization of the formation of a collisionless shock
我们报告的时间和空间分辨检测的非磁化，超临界碰撞的冲击在激光驱动的实验室实验中，导致形成的非磁化，超临界碰撞的冲击阶段。与冲击相关的静电势的测量演变揭示了从电流自由双层到对称冲击结构的过渡，通过在冲击前沿的离子反射稳定。通过匹配的Particle-In-Cell模拟和理论考虑，我们认为这个过程类似于超新星遗迹中超临界无碰撞冲击的离子反射。
2013-04-24 astro-ph.HE physics.plasm-ph
