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
On the properties of solutions for MHD shock waves in collisionless plasma with heat fluxes
本文采用八阶矩MHD近似，研究了具有热流的无碰撞等离子体中平行MHD激波解的性质。已经建立了上游冲击参数的限制，保持下游等离子体参数的物理意义。
2020-03-22 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
Kinetic simulations of electron pre-energization by magnetized collisionless shocks in expanding laboratory plasmas
在超音速等离子体流相互作用的空间和天体物理系统中，例如在太阳风、太阳风顶和超新星遗迹中，无碰撞激波是常见的特征。最近的实验能力和诊断允许对高马赫数激波进行详细的实验室研究，因此，这可以成为了解各种天体物理环境中激波动力学的一种有价值的方法。使用二维粒子模拟与库仑二元碰撞算子，我们证明了产生高能电子的机制和实验要求，在实验室高马赫数无碰撞冲击检测这一过程。我们通过参数研究表明，在激光驱动的膨胀等离子体实验中，磁化无碰撞冲击加速电子是可行的。
2020-12-02 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
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
Evolutionarity of MHD shock waves in collisionless plasma with heat fluxes
本文在 8 矩近似下研究带热通量无碰撞等离子体中 MHD 激波的演化性，利用平行激波解在无量纲参数平面上确定快、慢激波的演化区域。
2024-01-28 physics.plasm-ph
Collisionless ion-electron energy exchange in magnetized shocks
该研究通过动力学模拟和多流体模型，揭示了磁化无碰撞激波中离子与电子间存在比库仑碰撞更快的能量交换，并识别出其共振机制。
2025-04-24 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
Collisionless shock acceleration in the corona of an inertial confinement fusion pellet with possible application to ion fast ignition
采用二维Particle-In-Cell模拟方法研究了惯性约束聚变弹丸压缩核芯周围电晕等离子体中的无碰撞激波加速。我们表明，强激光脉冲与长尺度等离子体电晕相互作用能够在临界密度附近发射无碰撞冲击。该非线性波通过等离子体反射并加速背景离子而向上传播。我们的研究结果表明，质子的特性适合于离子快点火可以通过这种方式实现。
2020-11-02 physics.plasm-ph
Collisionless shock acceleration of quasi-monoenergetic ions in ultra-relativistic regime
采用粒子模拟方法，在考虑辐射反作用力和电子对产生的情况下，研究了超相对论激光与等离子体相互作用中碳离子（C $^{6+}$）的无碰撞激波加速.辐射反作用力和对等离子体的形成都倾向于减慢冲击速度，减少加速离子的能量，尽管延长了加速过程的时间尺度。平板等离子体靶实现了较低的能量扩散，而具有定制密度分布的靶产生较高的离子加速能量。
2019-03-25 physics.plasm-ph
Ion acceleration in electrostatic collisionless shock: on the optimal density profile for quasi-monoenergetic beams
对静电冲击波中离子加速问题进行了数值研究，旨在确定激光驱动系统中获得准单能离子束的最佳等离子体结构。最近的研究表明，以长尺度的后密度分布为特征的近临界密度等离子体导致具有低能量扩展的光束[F。Fiúza等人，Physical Review Letters 109，215001（2012）]。在这项工作中，进行了详细的参数扫描调查不同的等离子体尺度长度。因此，最佳的等离子体空间尺度长度，允许最小化的能量扩散，同时确保由冲击的离子的显着的反射被识别。此外，提出了一种新的配置，其中所需的配置文件已获得通过耦合不同密度的微层。结果表明，这种新的工程方法是一种有效的替代方案，保证了较低的能量扩散，具有较高的可控性。
2018-01-08 physics.plasm-ph
Radiation Pressure Driven Ion Weibel Instability and Collisionless Shocks
来自逆流等离子体流的韦伯不稳定性是天体物理中与无碰撞激波形成密切相关的基本过程。在这封信中，我们调查，通过二维和三维模拟，合适的配置的实验室调查的离子韦伯不稳定性（IWI）驱动的快速准中性等离子体流发射到目标通过辐射压力的超高强度（UHI）激光脉冲（“钻孔”过程）。在斜入射的S-偏振光的使用被认为是驱动IWI的最佳配置，因为它防止了在垂直入射时观察到的表面波纹的发展，这将导致强电子加热并有利于竞争不稳定性。IWI演变成无碰撞冲击的条件进行了研究。
2017-08-11 physics.plasm-ph
Laboratory evidence for proton energization by collisionless shock surfing
在天体物理环境中，带电粒子可以被无碰撞的冲击波加速到高能量，例如超新星遗迹。通过与磁化的环境介质相互作用，这些冲击可以将能量传递给粒子。尽管越来越多的努力，这些冲击的特点，从卫星测量地球的弓形冲击和强大的数值模拟，基本的加速机制或其组合仍然是广泛的辩论。在这里，我们表明，天体物理相关的超临界准垂直磁化无碰撞冲击，可以在实验室中产生和特点。我们观察到的超临界特性的冲击轮廓，以及从周围的气体到数百千电子伏的质子拾取的能量密度。对实验室实验进行动力学模拟，确定冲击冲浪是质子加速机制。我们的观察结果不仅提供了早期离子通过无碰撞冲击加速的直接证据，而且还突出了这种特殊机制在激励环境离子以进一步加速阶段中所起的作用。此外，我们的研究结果打开了大门，未来的实验室实验调查可能的过渡到其他机制，当增加的磁场强度，或诱导冲击波阵面波纹的效果可能对加速过程。
2021-06-30 physics.plasm-ph
Vlasov modelling of laser-driven collisionless shock acceleration of protons
采用欧拉-伏拉索夫-麦克斯韦方法研究了高强度短脉冲激光与中等过密等离子体靶相互作用的离子加速问题。研究了等离子体密度分布和激光脉冲参数变化的影响，分析了无碰撞激波和靶鞘层法向加速度的相互作用。结果表明，使用的分层目标与轻和重离子的组合，分别在前面和后面，产生强的准静态鞘场的背面的重离子部分的目标。这种鞘场增加了冲击加速离子的能量，同时保持了它们的单能性。
2016-04-16 physics.plasm-ph
Generation and Evolution of High-Mach Number, Laser-Driven Magnetized Collisionless Shocks in the Laboratory
激波的作用是将进入的超音速流转化为热量，在无碰撞等离子体中，激波层通过集体电磁效应在动力学等离子体尺度上形成。在许多空间和天体物理系统中都观察到了这些无碰撞冲击[Smith 1975，Smith 1980，Burlaga 2008，Sulaiman 2015]，并被认为将粒子（包括宇宙射线）加速到极高的能量[Kazanas 1986，Loeb 2000，Bamba 2003，Masters 2013，Ackermann 2013]。特别重要的是高马赫数、超临界激波类[Balogh 2013]（$M_A\gtrsim4$），其必须将大量的粒子反射回上游以适应熵产生，并且在这样做的过程中播种了提出的粒子加速机制[Blandford 1978，McClements 2001，Caprioli 2014，Matsumoto 2015]。在这里，我们提出了第一个实验室一代的高马赫数磁化无碰撞冲击，通过相互作用的扩展激光驱动的等离子体与周围的磁化等离子体。等离子体密度和磁场的时间分辨二维成像显示了在磁声马赫数$M_{ms}\approx12$下传播的超临界激波的形成和演化。由实验数据约束的Particle-in-Cell模拟详细地显示了激波的形成、C $^{+6}$和H $^{+1}$离子在多物种环境等离子体中的单独反射动力学以及激波层中的密度和磁场压缩和过冲。该实验平台的开发补充了目前的遥感…
2016-10-20 physics.plasm-ph
Particle Velocity Distributions in Developing Magnetized Collisionless Shocks in Laser-Produced Plasmas
我们提出了第一个实验室观测的时间分辨的电子和离子的速度分布形成，磁化无碰撞冲击。利用探测激光束的汤姆逊散射观测了激光驱动的超音速活塞等离子体膨胀通过磁化环境等离子体的相互作用。从汤姆逊散射光谱，我们测量时间分辨的电子密度，温度和离子流速，以及空间分辨的磁场从质子照相。我们观察到的直接证据的清扫和加速周围的离子，磁场压缩，和随后的变形的活塞离子流，关键步骤在冲击波形成。甚至在冲击波完全形成之前，我们就观察到了与活塞离子堆积有关的强烈的密度压缩和电子加热。结果表明，实验室实验可以探测与无碰撞冲击有关的粒子速度分布，从而补充航天器飞行任务进行的类似测量。
2018-11-15 physics.plasm-ph
Investigating particle acceleration dynamics in interpenetrating magnetized collisionless super-critical shocks
碰撞无碰撞激波出现在各种各样的天体物理现象中，被认为是宇宙中粒子加速的可能来源。我们以前研究过单个超临界激波（其磁声马赫数高于临界值2.7）（Yao等人，2021，2022）以及两个亚临界激波碰撞（Fazzini等人，2022）引起的粒子加速。在这里，我们建议对来自互穿超临界冲击的加速粒子进行测量，以观察这种事件的“锁相效应”（Fazzini et al. 2022）。与单一超临界无碰撞冲击相比，这种效应预计将显著提高能量化离子的能谱。因此，我们预计，在拟议的实验中获得的结果可能会对我们理解宇宙中粒子的离子加速的一种主要来源（热离子的加速，而不是已经充满能量的离子的二次加速机制）产生重大影响。
2022-08-12 physics.plasm-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
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
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
Collisionless Shocks Mediated by Shear-Flow Magnetic Fields in Ultraintense-Laser-Produced Counter-Streaming Plasmas
研究通过粒子-网格模拟揭示了超高强度激光产生反向流等离子体中，剪切流离子-魏贝尔不稳定性通过生成磁场介导无碰撞激波形成，显著降低了激波形成时间和激光能量需求。
2025-11-25 physics.plasm-ph
Laboratory-scale Perpendicular Collisionless Shock Generation and Ion Acceleration in Magnetized Head-on Colliding Plasmas
该研究通过大规模粒子网格模拟，在实验室尺度磁化对头碰撞等离子体中实现了垂直无碰撞激波的产生，观察到约四倍密度跃升、磁场放大30倍及离子幂律加速，为天体物理磁场放大与激波粒子加速提供了直接联系。
2024-05-23 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
Formation of collisionless shocks in magnetized plasma interaction with kinetic-scale obstacles
我们调查的形成碰撞磁化冲击触发磁化等离子体流和微型（等离子体动力学尺度的顺序）磁障碍之间的相互作用诉诸大规模并行，全粒子模拟，包括电子动力学。通过独立地改变偶极磁矩和等离子体磁化强度的大小来确定在这些物体前面产生压缩等离子体区域的临界障碍物尺寸。我们发现，障碍物的有效尺寸取决于偶极和等离子体内部磁场之间的相对取向，我们表明，这可能是至关重要的，以形成一个小尺度结构的冲击。我们研究了不同磁场位形下磁层顶的微观物理，并与全三维模拟结果进行了比较。最后，我们评估的参数范围，这样的微型磁化冲击，可以在实验室实验中探索。
2017-01-19 physics.plasm-ph
Detailed characterization of laboratory magnetized super-critical collisionless shock and of the associated proton energization
无碰撞冲击在宇宙中无处不在，并负责产生非热粒子和高能辐射。在系统中没有粒子碰撞的情况下，理论工作表明，膨胀等离子体与预先存在的电磁结构（如在我们的情况下）的相互作用能够引起能量耗散并允许激波形成。冲击波的形成也可以发生在两个等离子体相互作用时，通过微观不稳定性诱导电磁场，电磁场又能够介导能量耗散和冲击波的形成。使用我们的平台，我们耦合的高功率激光（JLF/泰坦在LLNL和LULI 2000）与高强度磁场诱导的快速膨胀等离子体，我们已经研究了磁化无碰撞冲击波的产生和相关的粒子的碰撞。我们已经把这种冲击波描述为无碰撞和超临界的。本文报道了在不同的环境等离子体和B场条件下，对实验中等离子体密度、温度、电磁场结构和粒子数的测量结果。我们还模拟了形成的冲击，使用宏观流体动力学模拟和相关的粒子加速使用动力学粒子在细胞模拟。作为\citet{yao2020laboratory}的配套文件，在这里，我们展示了实验和模拟的额外结果，提供更多的信息来重现它们，并证明了我们解释的质子加速机制的鲁棒性是冲击冲浪加速。
2021-04-25 physics.plasm-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
Biermann-battery driven magnetized collisionless shock precursors in laser produced plasmas
本研究在OMEGA装置上通过激光产生磁化等离子体与未磁化氢等离子体碰撞，首次完整观测到Biermann电池驱动的磁化无碰撞激波前驱，结合多类模拟验证了相关过程与电子加速结果。
2024-09-04 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
Weibel-instability-mediated collisionless shocks in laboratory with ultraintense lasers
采用\emph{ab initio}多维粒子模拟方法，研究了实验室中强激光作用下非相对论性无碰撞激波的形成。微观物理背后的冲击形成和耗散，以及详细的冲击结构进行了分析，说明了韦伯不稳定性在产生强的次均质磁场，各向同性的传入流，并导致形成一个无碰撞的冲击，类似于发生在天体物理的情况下，起着至关重要的作用。在实验室中产生这种无碰撞冲击的可能性为直接研究与天体物理冲击有关的物理开辟了道路。
2012-04-26 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Particle energization in colliding subcritical collisionless shocks investigated in the laboratory
碰撞无碰撞激波出现在各种各样的天体物理现象中，被认为是宇宙中粒子加速的可能来源。为了研究这种现象的详细动力学，我们进行了专门的实验室实验。在LULI 2000激光装置上，用100 J，1 ns的激光束辐照两个聚四氟乙烯（CF $_2$）靶，产生了两个逆流亚临界无碰撞磁化冲击波。等离子体流之间的相互作用区域预先填充有低密度的背景氢等离子体，并初始化与外部施加的均匀磁场垂直的冲击。我们在这里报告的等离子体密度和温度的测量过程中形成的超临界冲击，他们的过渡到亚临界，并最终相互渗透。我们还通过流体动力学模拟和微观物理在相互作用过程中发挥通过Particle-In-Cell模拟系统的宏观演化建模。主要目标是了解第二次冲击对粒子速度的影响。我们发现，在两个冲击的存在下，周围的离子达到的能量约1.5倍的单冲击。第二个激波的下游区和两个激波共有的下游区的存在在不同的速度场中起作用：两个区域中垂直的电场的特性确实允许某些粒子保持加速或避免减速。
2022-02-07 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 Shock Driven by a Supersonic Velocity Shear
The University of Tokyo（东京大学）
研究通过粒子模拟发现，无磁化正负电子对等离子体中，Alves不稳定性驱动超音速速度剪切形成无碰撞激波，该激波可加速高能粒子并产生剪切加速所需的磁场湍流，为剪切加速注入问题提供了可能的解决方案。
2026-10-09 astro-ph.HE 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
The Vlasov equation cannot fully account for collisionless shocks
本文指出Vlasov方程因保持熵不变而无法完全解释无碰撞激波，提出无碰撞激波的严格数学理论可能需要在Klimontovich层面上进行研究。
2025-06-02 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Isolation and Phase-Space Energization Analysis of the Instabilities in Collisionless Shocks
本研究通过$\texttt{dHybridR}$代码模拟，提出不稳定性隔离方法并结合场-粒子关联技术，分析无碰撞激波中动力学不稳定性的产生及离子增能机制，实现了激波能量学特征的完整表征。
2023-06-14 physics.plasm-ph
Kinetic simulation of magnetic field generation and collisionless shock formation in expanding laboratory plasmas
最近的激光等离子体实验观测和研究了与磁化天体物理等离子体有关的一些基本物理过程，包括磁重联、无碰撞冲击和由韦伯不稳定性产生的磁场，为实验室天体物理学开辟了新的实验平台。我们开发了一个完整的动力学模拟模型的第一原理模拟这些系统，包括磁场的动态-磁场产生的比尔曼电池效应或韦伯不稳定性;平流的离子流，霍尔效应，能斯特效应;和破坏的领域耗散机制。动力学模拟，最近的实验，和天体物理等离子体之间的缩放，描述系统的关键无量纲参数。首先，模拟比尔曼电池磁场产生等离子体从薄目标扩展。两个相邻羽流的烧蚀导致形成一个电流片作为相对的比尔曼产生的领域碰撞，模拟最近的激光驱动的磁重联实验。其次，我们模拟最近的实验无碰撞磁化冲击产生，通过扩大活塞等离子体到预磁化的环境等离子体。对于所考虑的参数，Biermann效应在弯曲的激波阵面中产生额外的磁场，从而增加激波粒子反射。这两种情况下，等离子体与磁场的相互作用中的动力学过程的重要性，并打开机会，基准这些重要的过程，通过比较的理论和实验。
2017-12-01 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
A mechanism that could stop the acceleration process within a collisionless shock
本文通过稳定性分析，将激波宽度与加速粒子谱及密度比关联，发现上游加速粒子比例达约30%时，无碰撞激波加速过程可能终止。
2024-12-17 astro-ph.HE physics.plasm-ph
A fast current-driven instability in relativistic collisionless shocks
我们在这里报告的快速电流驱动的不稳定性在相对论性无碰撞冲击，引发的超热粒子携带的垂直电流，因为他们周围的背景磁场在冲击前兆回旋。我们表明，这种不稳定性的增长速度比任何其他不稳定性研究到目前为止，在这种情况下，我们认为，它很可能塑造物理的冲击和粒子加速在一个广泛的参数范围。
2014-05-29 astro-ph.HE 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
A Field-Particle Correlation Analysis of a Perpendicular Magnetized Collisionless Shock
利用场-粒子关联技术，我们研究了垂直磁化无碰撞激波的1D-2 V连续介质Vlasov-Maxwell模拟中的粒子相互作用。场-粒子相关技术与弗拉索夫方程直接离散化提供的粒子分布函数的高保真度表示相结合，使我们能够确定电磁场与相空间中粒子之间能量交换的细节。我们确定的速度空间签名的冲击漂移加速的离子和绝热加热的电子，由于垂直碰撞无冲击通过构建一个简化的模型，所需的最小成分，以产生所观察到的电子签名的自洽弗拉索夫-麦克斯韦模拟。因此，我们能够完全描述这里考虑的垂直无碰撞冲击的能量转移，并提供预测的应用领域粒子相关技术的航天器测量的无碰撞冲击。
2021-05-26 physics.plasm-ph physics.space-ph
Electron energization in upstream of collisionless electron/ion shocks produced by interpenetrating plasmas
本文讨论了相对论e/i激波上游区的电子碰撞机制。通过粒子模拟，我们证明了电子与增强的电场和磁场的磁涡旋（MV）的相互作用可以获得大量的能量在相互作用过程中。MV是在相对论电子-离子激波的上游区域自产生的。
2020-06-05 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Weibel instability-mediated collisionless shocks in laser-irradiated dense plasmas:Prevailing role of the electrons in the turbulence generation
本文采用粒子模拟方法研究了超高强度激光脉冲驱动下稠密等离子体中无碰撞湍流激波的产生。从线性分析中，我们强调了激光加热和返回电流电子在触发强烈的韦伯不稳定性中的关键作用，从而产生能够各向同性靶离子的磁湍流。
2015-02-03 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Formation of dispersive shock waves in evolution of a two-temperature collisionless plasma
研究了双温无碰撞等离子体中脉冲的非线性动力学行为。本文给出了均匀密度背景上任意形式的具有足够光滑密度剖面的初始扰动的解析描述。在波浪破碎后的很长一段时间内，形成了弥散冲击波。在Gurevich-Pitaevskii理论和Whitham调制理论的框架下研究了它们边缘的运动。将解析解与数值解进行了比较。
2020-10-07 nlin.PS physics.plasm-ph
Efficient generation of turbulent collisionless shocks in laser-ablated counter-streaming plasmas
激光烧蚀高能量密度等离子体为在实验室中研究无碰撞激波形成、磁场放大和粒子加速等天体物理相关过程提供了一条很有前途的途径。使用大规模的，多维的粒子在细胞模拟，我们探索的相互渗透的激光烧蚀逆流等离子体现实的实验流动剖面。我们发现，冲击波的形成和它的结构是从那些更理想化的，通常被认为是均匀的流量有很大的不同：冲击波的形成可以高达10倍的速度，由于从小角度散射的过渡到磁反射和冲击波前发展强烈的波纹在离子gyroradius规模。这些发现对目前的实验计划具有重要意义，并为利用现有的高能激光系统研究湍流无碰撞冲击的微观物理开辟了令人兴奋的前景。
2021-05-25 astro-ph.IM physics.plasm-ph
Supermagnetosonic jets behind a collisionless quasi-parallel shock
无碰撞准平行激波下游区域的结构包含来自先前未识别源的具有高动能密度的整体流。我们提出了集群多航天器测量这种类型的超磁声射流以及鞘内的弱二次激波前，使我们能够提出以下生成机制的射流：准平行冲击固有的局部曲率变化可以创建快速，偏转射流伴随着下游区域的密度变化。如果射流的速度在障碍物的参考系中是超（磁）音速的，则在更靠近障碍物的护套中形成第二冲击波阵面。我们的结果可以应用于许多等离子体环境中的无碰撞准平行激波。
2009-11-09 physics.plasm-ph physics.space-ph
Collisionless ablative plasma shocks
本文研究冷稠密与热稀薄等离子体界面处的无碰撞烧蚀激波，发现其由双极电场介导的尾部电子热通量驱动，激波前沿宽度与速度分别由上游德拜长度和下游声速决定，并通过双极电场加速离子实现高效无碰撞加热。
2025-05-03 astro-ph.HE 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
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
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
Particle-in-cell simulations of collisionless shock formation via head-on merging of two laboratory supersonic plasma jets
我们描述了数值模拟，使用粒子在细胞（PIC）和混合PIC代码Lsp [T。P. Hughes等人，物理修订版ST加速Beams 2，110401（1999）]，两个实验室超音速等离子体射流的迎面合并。这些实验的目的是在实验室中形成和研究与天体物理学有关的无碰撞冲击。使用等离子体射流的初始条件（密度约为10^14-10^16 cm^（-3），温度约为几eV，传播速度约为20-100 km/s），射流传播的大规模模拟表明，在合并区域，两股射流之间的相互作用基本上是无碰撞的。在高分辨率的一维和二维模拟中，我们表明，无碰撞冲击所产生的合并射流时，沉浸在施加的磁场（B ~ 0.1-1千克）。在预期的等离子体射流速度高达100 km/s时，我们的模拟不会产生非磁化的无碰撞冲击，这需要更高的速度。磁场的方向以及射流的轴向和横向密度梯度对相互作用的性质具有强烈的影响。我们比较我们的一些模拟结果与以前发表的PIC模拟研究的无碰撞冲击波的形成。
2013-05-24 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Collisionless Weibel shocks: full formation mechanism and timing
等离子体中的无碰撞激波在空间物理学（地球弓形激波）和天体物理学（超新星遗迹、相对论喷流、伽马射线暴、高能宇宙射线）中发挥着重要作用。虽然通过大幅值声波的陡化形成流体冲击已经被理解了很长时间，但是目前还没有详细的描述负责形成无碰撞冲击的机制的图片。我们解开的物理机制在工作中，并表明，电磁韦伯冲击总是形成时，两个相对论碰撞，最初未磁化，等离子体壳遇到。预测的冲击波形成时间与逆流对等离子体的2D和3D粒子模拟吻合得很好。通过预测激波形成时间，可以将旨在产生这种激波的实验装置优化到有利的条件。
2014-06-16 astro-ph.HE physics.flu-dyn physics.plasm-ph
